Heiß & kalt sind Empfindungen, die wir Menschen sehr individuell beschreiben. Was für die erste Person noch kalt ist, mag für eine zweite Person schon warm sein; was für den einen wiederum heiß ist, mag für die andere noch angenehm warm sein.
Bei der Bestimmung der Temperatur können wir uns also nicht auf das Empfinden von Personen verlassen, sondern benötigen dabei technische Unterstützung. Bis zur Entwicklung eines Thermometers, wie wir es heute kennen, haben viele Wissenschaftler sich dieser Frage gewidmet. Darunter gab es einige Forschergrößen wie Gallileo Gallilei (frühes 17. Jhd.), Daniel Gabriel Fahrenheit (frühes 18. Jhd.) oder auch Anders Celsius (Mitte des 18. Jhd.), die sich mit der Entwicklung eines Temperaturmessgerätes beschäftigt haben.
Hierzulande nutzen wir die Einteilung des Thermometers, wie es auf den Schweden Anders Celsius zurück geht. Er nutzte flüssiges Quecksilber, um einerseits den Punkt zu bestimmen, bei dem Wasser gefriert. Andererseits stellte er fest, bei welcher Temperatur Wasser siedet. Zusätzlich notierte Anders Celsius, wie der Luftdruck bei dieser Beobachtung war. So konnte er eine Messskala definieren, die überall auf der Welt Vergleiche erlaubte. Das war damals revolutionär. Heute steht die Temperatur von 0°C für den Messpunkt, bei dem Wasser gefriert (Gefrierpunkt) bzw. 100°C für den Messpunkt, an dem Wasser verdampft (Siedepunkt).
Wahrscheinlich kennst Du eine Vielzahl verschiedener Thermometer: Fieberthermometer, Außenthermometer, Raumthermometer, u.v.m.! Heute zeige ich Dir, wie Du Dir Dein eigenens Thermometer bauen & mit einer Skala versehen kannst.
Was wir benötigen: leere, kleine Glasflasche ggf. mit Deckel; Wasser; Lebensmittelfarbe; Knete; Trinkhalm; heißes & eiskaltes Wasser; 2 große Behälter; Vergleichsthermometer; Edding; Lineal; Bohrmaschine; 1-2cm langes Stück Kunststoffschlauch (als Bausatz erhältlich in der Forschererlebniswelt)
Was zu tun ist: (1) Wir füllen einige Tropfen Lebensmittelfarbe in unsere Glasflasche & geben dann so viel handwarmes Wasser hinzu, bis diese randvoll gefüllt ist. (2) Nun bereiten wir unseren Deckel vor: wir bohren ein Loch in die Mitte unseres Deckels, das breit genug ist, um unseren Trinkhalm hindurch zu stecken. Da das Aluminium oftmals nicht sauber durchbohrt werden kann, stecken wir zunächst ein Stück Kunststoffschlauch hindurch, in das unser Trinkhalm passt. (3) Nun kommt der Trinkhalm durch die Öffnung & wir verschließen unsere Flasche.
(4) Wichtig ist nun, dass kein Luftspalt mehr vorhanden ist. Dazu umkleiden wir unseren Trinkhalm am Eintritt in die Flasche luftdicht mit Knete. Das Wasser steigt dadurch vielleicht ein wenig in den Trinkhalm & wir warten kurz, bis sich der Wasserstand nicht mehr verändert. (5) Manchmal muss ein wenig zusätzliche Flüssigkeit von oben in den Trinkhalm pipettiert werden. Jetzt kann eine erste Markierung mit Edding angebracht werden. Die Temperatur des verwendeten Wassers können wir mit Hilfe eines Vergleichsthermometers bestimmen (z.B. ein Bratenthermometer). (6) Das Thermometer kann jetzt als nächstes in Eiswasser oder heißes Wasser gestellt werden. Erneut markieren wir, wo das Wasser sich einpendelt & wir können die Temperatur mit unserem Vergleichsthermometer bestimmen.
Sobald wir zwei Temperaturmesspunkte bestimmt haben, können wir abmessen, wie weit die Messpunkte auseinander liegen. Nutze dazu ein Lineal. In unserem Fall waren es 3 cm. Nun berechnest Du noch den Temperaturunterschied zwischen den beiden Messpunkten. Dazu ziehst Du die niedrigere Temperatur von der höheren ab & teilst die gemessenen Zentrimeter durch die errechnete Temperaturdifferenz. So weißt Du wie viele Zentrimeter (cm) einem Grad Celsius (°C) auf Deiner Thermometerskala entsprechen.
Wieso verändert sich aber der Wasserstand & können mit dessen Hilfe unsere Eichpunkte bestimmen? Dazu nutzen wir die Eigenschaft des Wassers aus. Das Wasser in unserem Thermometer dehnt sich entsprechend seiner Temperatur in unserem Thermometer aus. Stellen wir das Thermometer in Eiswasser, sinkt der Wasserstand. Stellen wir das Thermometer in heißes Wasser, steigt der Wasserstand in unserem Trinkhalm.
Was wir herausgefunden haben: Alle Teilchen versuchen, sich in ihrer Temperatur einander anzugleichen. Dabei wird Wärme an kältere Dinge abgegeben.
Stellen wir unser Thermometer in kaltes Wasser, wird die Wärme aus dem Innern der Glasflasche abgeführt & die Wassertemperatur in unserem Thermometer sinkt. Kalte Wasserteilchen benötigen weniger Platz & werden von den Luftteilchen aus der Umgebung zusammengedrückt; dazu dringen sie durch den Trinkhalm in unsere Glasflasche ein. Kaltes Wasser hat eine höhere Dichte – die Teilchen sind eng beieinander & somit dicht gepackt.
Stellen wir das Thermometer in heißes Wasser, gibt die Umgebung Wärme an unser Thermometer ab & das Wasser darin wird erwärmt. Warmes Wasser benötigt mehr Platz & dehnt sich aus. Dabei drückt es die Luftteilchen der Umgebung durch den Trinkhalm hinaus & der Wasserstand steigt.
Jetzt wird es Zeit, dass Du selber Dein Thermometer baust. Dir wünsche ich in jedem Fall viel Freude mit Deinem Thermometer & wünsche Dir, dass es immer die richtige Temperatur anzeigt.
Mit forscherwarmen Grüßen.
Deine Andrea