Wie haben die Menschen ihre Körpertemperatur bestimmt, bevor Thermometer erfunden wurden? Sprechen Sie über die Vergangenheit und Gegenwart von Thermometern

Schon seit langer Zeit suchen Menschen nach Möglichkeiten, die Temperatur zu messen. Obwohl das Wort „Temperatur“ damals noch nicht bekannt war, nutzten die Menschen körperliche Empfindungen, um Temperaturänderungen zu definieren. Heute, nach über 400 Jahren Entwicklung, sind Thermometer nicht mehr auf die Messung der Umgebungstemperatur und der Körpertemperatur beschränkt. Stattdessen liefern sie genaue Temperaturdaten für alle Aspekte unseres Lebens und unserer Produktion und haben eine geheime Wissenschaft hervorgebracht – die Thermometrie.

Werfen wir heute einen kurzen Blick auf die Geschichte der Thermometerentwicklung.

Temperaturänderungen aufgrund von Erfahrung wahrnehmen - Eisflasche, Feuer

In der Antike definierten die Menschen Temperaturänderungen im Allgemeinen anhand von Körperempfindungen. Darüber hinaus entdeckten die Menschen der Antike auch viele Möglichkeiten, Veränderungen der äußeren Umgebungstemperatur zu erfassen.

Schon in der Zeit vor der Qin-Dynastie nutzten die Menschen der Antike mit Wasser gefüllte Flaschen, um Temperaturveränderungen zu beobachten. In „Lüshi Chunqiu·Shen Dalan·Chajin“ gibt es ein Sprichwort: „Wenn du das Eis in der Wasserflasche siehst, weißt du, wie kalt die Welt ist und wo sich die Fische und Schildkröten verstecken.“ Das bedeutet: Wenn Sie Wasser in eine Flasche füllen und das Wasser gefriert, wissen Sie, dass die Temperatur sehr niedrig ist und ein kalter Winter angebrochen ist. Wenn das Eis schmilzt, steigt die Temperatur. Diese Flasche wird „Eisflasche“ genannt und kann als das primitivste Thermometer in China bezeichnet werden. Während des Schmelzens von Metall oder des Brennens von Keramik verwendeten Handwerker aller Generationen die Farbe der Flamme, um die Temperatur im Ofen zu beurteilen.

Prinzip: Die Eisflasche ist eine Methode, die schon die Alten verwendeten, um aus den Veränderungen der Wasserform bei unterschiedlichen Temperaturen auf die Temperaturveränderungen der Umgebung zu schließen. Die Feuertemperatur ist eine von den Alten entwickelte visuelle Hochtemperatur-Schätztechnologie. Dabei handelt es sich jedoch lediglich um empirische Wahrnehmungen, die nicht genau gemessen werden können.

Das erste Thermometer der Welt - Galileo-Thermometer

Vor der Erfindung des Thermometers war die Hand das einzige Instrument zur Bestimmung der Temperatur eines Patienten. Damals war in der Medizin bereits bekannt, dass der Zustand eines Patienten mit seiner Körpertemperatur zusammenhängt. Wenn der Arzt an diesem Tag jedoch zufällig leichtes Fieber hatte oder nur einen kühlen Gegenstand berührt hatte, kam es zu ungenauen Ergebnissen. Deshalb wollte Galileo ein Gerät erfinden, mit dem sich Wärme messen ließ. Im Jahr 1593 nutzte Galileo als Erster das Phänomen der thermischen Ausdehnung und Kontraktion von Luft zur Erfindung des Thermometers.

Prinzip: Wenn die zu messende Substanz (Luft) mit der Glasbirne in Kontakt kommt, ändert sich aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion das Volumen der Luft über dem Glasrohr, wodurch die farbige Flüssigkeitssäule entsprechend steigt oder fällt. Anhand der auf dem Glasröhrchen markierten Zahlen kann die spezifische Temperatur der Substanz gemessen werden. Dies ist das erste Skalenthermometer der Welt – das Gasthermometer.

Das Hauptproblem besteht darin, dass das Gasvolumen nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom atmosphärischen Druck beeinflusst wird. Damals war den Menschen die Existenz von Luftdruck noch nicht bekannt, weshalb Galileis Thermometer ungenau war und große Messfehler auftraten. Doch Galilei gelang es nicht, dieses Problem zu lösen.

Die erste Verbesserung: Das schlangenförmige Thermometer wurde erfunden

Im Jahr 1611 verbesserte Galileis Schüler Sanctorius das erste Thermometer. Nun erscheint das verbesserte Thermometer sehr merkwürdig. Er tauschte das gerade Rohr des Thermometers gegen ein schlangenförmig gebogenes Rohr aus und verkleinerte die Glaskugel, damit sie in den Mund des Patienten passte. Außerdem gravierte er etwa 110 Skalen in das gebogene Glasrohr, um Temperaturänderungen anzuzeigen, die zur Messung der Körpertemperatur verwendet wurden. Dies ist das älteste Thermometer der Welt.

Prinzip: Es handelt sich immer noch um die thermische Ausdehnung und Kontraktion von Luft. Dünnere und längere Glasröhren können die Messung genauer machen, während gebogene Röhren bequemer zu verwenden und abzulesen sind.

Die Hauptprobleme waren: Es wurde immer noch vom atmosphärischen Druck beeinflusst, sodass die Messung ungenau war; außerdem gab es damals keinen einheitlichen Standard zur Temperaturmessung.

Verbesserungsvorschläge: Den Einfluss des atmosphärischen Drucks beseitigen (Gas durch Flüssigkeit ersetzen), kleiner und bequemer zu tragen sein.

Das erste Flüssigkeitsthermometer – der Wechsel von Wasser zu Alkohol

Im Jahr 1650 wählte Ferdinand von Italien erstmals Wasser als Flüssigkeitsthermometer, es gab jedoch zwei Probleme: Erstens war der Messbereich eines aus Wasser hergestellten Thermometers aufgrund der Schmelz- und Siedepunkte von Wasser klein (0 bis 100 °C). Zweitens hat Wasser eine besondere Eigenschaft: Bei 4 °C ist seine Dichte am größten und sein Volumen am geringsten. Dies bedeutet, dass Wasser ein „umgekehrtes Expansionsphänomen“ aufweist: Es schrumpft beim Erhitzen und dehnt sich beim Abkühlen auf 0 bis 4 °C aus. Daher sind Messungen unter 4 °C ungenau und führen zum Platzen der Glashülle.

Ferdinand probierte verschiedene Flüssigkeiten und entschied sich schließlich für Alkohol, der einfach und leicht erhältlich war. Da der Gefrierpunkt von Alkohol viel niedriger ist, ist das Phänomen der thermischen Ausdehnung und Kontraktion offensichtlich. Allerdings haben Alkoholthermometer auch ihre Tücken: Der Siedepunkt von Alkohol liegt bei 78°C und der Gefrierpunkt bei -117°C (der Messbereich beträgt -117~78°C). Obwohl das Alkoholthermometer bei niedrigen Temperaturen verwendet werden kann, kann es die Temperatur von Objekten über 78 °C, wie beispielsweise kochendes Wasser, nicht messen.

Prinzip: Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen.

Das Hauptproblem: Der Messbereich ist nicht groß genug.

Verbesserungsvorschlag: Verwenden Sie Flüssigkeiten mit höheren Siedepunkten und deutlicherer Wärmeausdehnung und -kontraktion.

Das erste Quecksilberthermometer – der Prototyp des modernen Thermometers

Im Jahr 1659 nutzte der französische Astronom Brioli den hohen Siedepunkt von Quecksilber, um das erste Quecksilberthermometer mit einem Messbereich von -39 bis 357 °C zu entwickeln. Ein solches Thermometer gibt es bereits als Prototyp des modernen Thermometers.

Prinzip: Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen.

Die Hauptprobleme sind: Es hat einen bestimmten Messbereich, aber die Untergrenze ist relativ hoch, sodass es nicht für den Einsatz in kälteren Gebieten geeignet ist; Quecksilber ist flüchtig und giftig.

Moderne Temperaturmesstechnik – die große Entwicklung der Thermometer

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind verschiedene Arten von Thermometern entstanden, die Temperaturwerte unterschiedlicher Qualität für unsere tägliche Produktion und unser Leben liefern, beispielsweise Thermoelementthermometer und Infrarotthermometer. All dies hat sich langsam aus dem Galileo-Thermometer entwickelt. Ich bin davon überzeugt, dass es in Zukunft mehr Arten von Thermometern geben wird, die unsere Produktion und unser Leben angenehmer machen.

Prinzip: Thermometer basieren nicht mehr auf thermischer Ausdehnung und Kontraktion, sondern auf Änderungen anderer Größen (z. B. Widerstand), die durch Temperaturänderungen verursacht werden, und stellen dann Änderungen der Temperaturwerte durch Datenverarbeitung dar.

Text/Wang Congcong Foto/Internet