Wissen, das
Temperatur macht.
Zum Geleit
Vom glühenden Forschergeist Galileis bis zur feinmechanischen Präzision moderner Fertigung: Entdecken Sie die faszinierende Welt der Thermometer. Lernen Sie Erfinder kennen, verstehen Sie technische Entwicklungen und tauchen Sie ein in über 400 Jahre Temperaturgeschichte – anschaulich, spannend und überraschend aktuell.
Historie des Thermometers
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seit 460 v.u.Z
Schon Hippokrates und später lebende Griechen berichteten über das Temperaturgefühl. Ein Erfinder des Thermometers kann heute nicht mehr benannt werden. Zu viele Wissenschaftler beschäftigten sich gleichzeitig mit der Problematik der Temperaturbestimmung.
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um 1600
Galileo Galilei stellte sein Luftthermoskop vor, das eine qualitative Einschätzung der Temperaturänderung ermöglicht..
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um 1640
Ferdinand II., Großherzog von Toskana ließ größere Stückzahlen geschlossener Flüssigkeits-Glasthermometer mit Weingeistfüllung herstellen.
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Mitte bis Ende des 17.Jh.
Mehrere Wissenschaftler schlugen die Verwendung von zwei Fixpunkten vor. Dabei spielen der Gefrier- und der Siedepunkt des Wassers bereits eine entscheidende Rolle.
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Ende 17. Jh. / Anfang des 18. Jh.
Zahlreiche Wissenschaftler und Glasbläser bemühten sich auf unterschiedlichsten Wegen um die Verbesserung der Thermometer:
• Vergleichbarkeit der Messergebnisse untereinander
• Erprobung von Füllflüssigkeiten. -
um 1724
Fahrenheit sorgte mit seinen Arbeiten für eine größere Verbreitung der Quecksilberthermometer.
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ab 1730
Frankreich war - vor allem auf Grund der Arbeiten Rêaumurs - die führende Nation auf dem Gebiet der Thermometerherstellung.
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ab 1740
Celsius beginnt seine intensive Beschäftigung mit der Temperaturmesstechnik und schlägt 1742 die hundertteilige Temperaturskala - ausgehend vom Eis- und Siedepunkt des Wassers - vor.
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1742
Deutschland importierte Thermometer aus Frankreich.
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1824
Friedrich Körner veröffentlichte seine Arbeit "Anleitung zur Verfertigung übereinstimmender Thermometer und Barometer für Künstler und Liebhaber dieser Instrumente"
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ca. 1830
Die Stützerbacher Firma Greiner stellte erstmals gewerblich Thermometer und andere Glasinstrumente her.
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1848
Kelvin schlug eine Skala für die absolute Temperatur vor.
Wissenschaftler
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Galileo Galilei
Der heute vor allem durch seine Leistungen auf dem Gebiet der Astronomie bekannte Naturwissenschaftler Galileo Galilei wurde 1564 in Pisa geboren. Er studierte einige Jahre Mathematik und Naturwissenschaften und avancierte mit 26 Jahren zum Mathematikprofessor in Pisa. 1592 ging er nach Padua, wo er neben Mathematik auch Physik lehrte.
Heute gilt Galileo Galilei als Begründer der klassischen Physik. Er sah das Experiment als das wesentliche Mittel an, Naturgesetze zu erkennen und zu beschreiben. In diesem Zusammenhang ist auch die Entwicklung des Thermoskops zu sehen, das wohl eher ein Nebenprodukt seiner allgemeinen physikalisch-wissenschaftlichen Bemühungen war.
Galilei starb am 08. Januar 1642 in Arceti bei Florenz.
Quelle: Katrin Mantzke, Zentrum für Thüringer Landeskultur
Gabriel Daniel Fahrenheit
Fahrenheit wurde in Danzig als Sohn einer Kaufmannsfamilie geboren. Obwohl er eigentlich die kaufmännische Tradition der Familie fortsetzen sollte, interessierte er sich schon früh für die Physik.
Aus dem Jahre 1708 ist bekannt, dass er mit einem dänischen Astronomen über die Herstellung von Thermometern diskutierte. Während einiger Reisen, die er nach 1710 antrat, vervollkommente er seine naturwissenschaftlichen Erkenntnisse auf verschiedenen Gebieten. Aber die Thermometrie blieb eines der ganz wichtigen Themen seiner Forschungen. Fahrenheit erkannte dabei den Einfluss der unterschiedlichen Glasqualitäten auf die Genauigkeit der Messinstrumente.
Ab 1713 absolvierte er das Physikstudium in Amsterdam und bildete seine Fähigkeiten als praktischer Glasbläser heraus. Seinen Lebensunterhalt verdiente er mit der Herstellung meteorologischer Instrumente.
1718 begann er, in Amsterdam Vorlesungen zu seinen Arbeiten zu halten, die er mit Hilfe von zahlreichen Experimentieranordnungen anschaulich gestaltete.
Heute ist sein Name vor allem mit der nach ihm benannten Temperaturskala verbunden, die im englischsprachigen Raum bis heute Verwendung findet. Den Nullpunkt legte Fahrenheit auf die Tiefste, von ihm erzeugbare Temperatur, die er mit einem Gemisch aus Eis, Wasser und Salmiak erreichte. (0° F entspricht -17,78 °C). Zudem verwendete er als Fixpunkte den Schmelzpunkt des Eises und die Wärme des gesunden menschlichen Körpers. Die heute verwendete Fahrenheit-Skala wird zwischen dem Eispunkt und dem Siedepunkt von Wasser in 180 Abschnitte geteilt.
Quelle: Katrin Mantzke, Zentrum für Thüringer Landeskultur
René-Antoine Ferchault de Rêaumur
Ähnlich wie Fahrenheit sollte auch Rêaumur zunächst den Beruf des Vaters ergreifen. So studierte er ab 1699 in Jena Jura, ging aber schon bald zur Beschäftigung mit den aufkommenden Naturwissenschaften über. Dabei war er immer bedacht, nicht nur neuesten Erkenntnissen der Forscher, sondern auch die praktischen Fähigkeiten der Handwerker zu verfolgen.
Schon in jungen Jahren wurde das große Talent Rêamurs deutlich. Über familiäre Beziehungen und auf Grund erster wissenschaftlicher Arbeiten wurde er 1708 als Studienmitglied an der Pariser Akademie aufgenommen.
Rêaumur ging bei der Temperaturmessung nur von einem Fixpunkt aus. Die Skalenteilung erfolgte nach dem veränderlichen Volumen einer Flüssigkeitsmenge: 1000 Teile für den Gefrierpunkt des Wassers ergaben am Siedepunkt bei definierter Kapillare und Weingeistzusammensetzung 1080 Teile. Daraus resultiert die Definition des Siedepunktes bei 80 °R. Bei der Festlegung einer linearen Teilung zwischen 0 und 80° ließ er die Nichtlinearität der Ausdehnung von Flüssigkeiten außer Acht und berücksichtigte nicht den Einfluss des Luftdruckes.
So erreichte Rêaumur im Ergebnis nicht sein Ziel, vergleichbare Thermometer herzustellen.
Quelle: Katrin Mantzke, Zentrum für Thüringer Landeskultur
Anders Celsius
Als Sohn eines Astronomieprofessors im schwedischen Uppsala geboren, war das große Interesse an den Naturwissenschaften bei Anders Celsius früh ausgeprägt. Gerade die Fachrichtung seines Vaters - die Astronomie - hatte es dem jungen Mann besonders angetan. Seine diesbezüglichen Studien fasste er 1727 in seiner Promotionsarbeit zum Thema "Über die Drehbewegung des Mondes" zusammen. Drei Jahre später wird er in Uppsala zum Astronomieprofessor berufen. Neben seinen astronomischen Arbeiten hat Celsius auch schon in jungen Jahren meteorologische Forschungen betrieben. Eine mehrjährige Forschungsreise führte ihn durch ganz Europa.
Ab 1736 nahm er an einer Expedition nach Nordeuropa teil, um mit Hilfe der Ausmessung eines Meridianbogens die Gravitationstheorie Newtons nachzuweisen. Nach dieser Lapplandexpedition arbeitete Celsius wieder vor allem auf astronomischen Gebiet und initiierte den Bau eines Observatoriums in Schweden.
Etwa 1740 beginnt Celsius seine intensive Beschäftigung mit der Temperaturmesstechnik und schlägt 1742 die hundertteilige Temperaturskala - ausgehend vom Eis- und Siedepunkt des Wassers - vor.
Um 1750 waren in Schweden drei Thermometerarten üblich, die diese Fixpunkte verwendeten. Dabei war das von Celsius vorgestellte Thermometer das Einzige, das den Nullpunkt mit 100° und den Siedepunkt mit 0° ansetzte. Erst nach dem Tod von Anders Celsius vollzogen seine Schüler die Umkehrung seiner Fixpunkte und definierten so entgültig die heute bekannte Celsius-Skala.
Quelle: Katrin Mantzke, Zentrum für Thüringer Landeskultur
Johann Christian Friedrich Körner
Johann Christian Friedrich Körner wurde am 2. September 1778 in Weimar geboren. Sehr früh erkannte man sein Können auf dem Gebiet der Mathematik. Durch den Weimarer Hof wurde er in seiner Ausbildung zum Mechaniker gefördert. Zu seinen Gönnern zählte auch Johann Wolfgang von Goethe. Goethes wissenschaftliche Interessen verbanden sich mit den mechanischen Fähigkeiten Körners. Zusammen mit Karl - Dietrich von Machnow erhielt er die Aufgabe an der Jenaer Universität eine Sternwarte zu errichten. Auf Anordnung des Herzogs Carl August wurde Körner 1816 nach Jena berufen und bekam den Titel Hofmechanikus verliehen. Im November 1818 erhielt er die "philosophische Doktorwürde" und die Erlaubnis Vorlesungen an der Universität Jena zu halten. In dieser Zeit schrieb er mehrere Bücher, u.a. "Anleitung zur Verfertigung übereinstimmender Thermometer und Barometer"(1824), "Anleitung zur Bearbeitung des Glases an der Lampe und zur vollständigen Verfertigung, durch das Lampenfeuer darstellbaren, physikalischen Instrumente und Apparate" (1831). Körner soll für die von der Sternwarte betreuten meteorologischen Stationen Thermometer, Barometer und Hygrometer selbst gefertigt haben.
Franz Ferdinand Greiner
Die gewerbliche Thermometerfertigung wird geboren. Der Stützerbacher Mühlenbesitzer Franz Ferdinand Greiner steht in engem Zusammenhang mit dem Beginn der Thermometerfertigung im nordwestlichen Thüringer Wald. Seine Einkünfte, die er als Mühlenbesitzer erzielen konnte, bessert er bereits in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts mit der Fertigung der zeitgemäßen Glas-Nippesprodukte auf. Zu diesem Zwecke beschäftigte er für einige Jahre den Lampenglasbläser Berkes. Eines Abends beobachtete Greiner nach Arbeitsschluss, wie sein Angestellter eine Glasröhre mit Kugel blies und Quecksilber einfüllte. Greiner durchschaute den Sinn des Instrumentes, das zur Messung der Temperatur diente und konnte es daraufhin nachbauen.
Das besondere Verdienst Greiners besteht in der Einführung einer effektiven Arbeitsorganisation, die eine Spezialisierung der Berufe und somit die Herausbildung spezieller, hochqualifizierter Fertigkeiten einschloss.
Sir William Thomson
seit 1892 Lord Kelvin of Largs
William Thomson wurde 1824 als Sohn eines Mathematiklehrers in Belfast geboren. Sein Interesse und seine Fähigkeiten waren so früh ausgeprägt, dass er bereits als 10jähriger Junge an der Universität Glasgow immatrikuliert wurde und mit 22 Jahren den dortigen Lehrstuhl für Theoretische Physik übernahm.
Die Arbeit an einer absoluten Temperaturskala, die sich unabhängig von einer thermometrischen Substanz definieren lässt, war im Vergleich zu seinen anderen Verdiensten auf den Gebieten der Elektrotechnik, der Thermodynamik, der elektromagnetischen Wellen und anderer Fachdisziplinen eher ein "Nebenprodukt". Trotzdem ist sein Nachweis des absoluten Nullpunktes bei -273,15 °C und die darauf aufgebaute Temperaturskala von entscheidender Bedeutung für die Wissenschaft.
Der Grundgedanke seiner thermodynamischen Überlegungen zur Entwicklung einer eigenen Temperaturskala lag für Kelvin in der Tatsache begründet, dass immer die gleiche Arbeit aufgewendet werden muss, um eine Temperaturerhöhung um ein Grad zu erreichen. Der unerreichbare absolute Nullpunkt bei -273,15 °C ersetzt einen der sonst notwendigen zwei Fixpunkte, so dass man bei der Kalibrierung einer Kelvin-Skala wieder allein mit dem Tripelpunkt des Wassers auskommt. Mit der Übernahme des 100teiligen Abstandes zwischen Eis- und Siedepunkt des Wassers erfolgte eine enge Orientierung an der Celsius-Skala. Somit sind beide heute parallel verwendbar. Die anschauliche Celsius - Einteilung und die für Berechnungen günstigere Kelvin-Skala.
Quelle: Katrin Mantzke, Zentrum für Thüringer Landeskultur
Thomas Johann Seebeck
Thomas Johann Seebeck wurde am 9. April 1770 als Sohn eines vermögenden Kaufmanns in Reval (heute Tallin) geboren. Er bestand 1802 sein Examen als Arzt und praktizierte in Göttingen. Das große Interesse an physikalischen Forschungen ließ ihn aber bald seinen medizinischen Beruf aufgeben. Als Privatgelehrter auf dem Gebiet der Physik arbeitete er in Jena, Bayreuth und Nürnberg an naturwissenschaftlichen Studien. In seiner Jenaer Zeit war er mit Goethe freundschaftlich verbunden und arbeitete mit ihm intensiv an der Farbenlehre. Ab 1818 lehrte Seebeck an der Universität und der Akademie der Wissenschaften in Berlin, und wies 1821 den thermoelektrischen Effekt nach, der später ausschlaggebend für die Erfindung des Thermoelementes wurde. Thomas Johann Seebeck verstarb am 10. Dezember 1831 in Berlin.
Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.
Wilhelm Karl Werber Wien
Wilhelm Wien wurde am 13. Januar 1864 als Sohn des Grundbesitzers Carl Wien in Ostpreußen geboren. Ab 1884 studierte er bei dem bedeutenden Wissenschaftler Hermann von Helmholtz in Berlin und lernte in der Folgezeit als dessen Assistent die Physik sowohl von der theoretischen als auch von der experimentellen Seite kennen. Er trat in die Physikalisch-Technische Reichsanstalt ein und forscht hier vor allem zu strahlungstheoretischen Fragen. Ab 1896 hatte Wien nacheinander Professorenstellen für Physik in Aachen, Gießen und Würzburg inne. 1920 wurde er als Nachfolger von Röntgen nach München berufen, wo er bis zu seinem Tode am 30. August 1928 wirkte.
Mit seinen Arbeiten zur Temperaturstrahlung an schwarzen Körpern schuf Wien eine wesentliche Grundlage für die Strahlungsthermometrie. Das 1893/94 von ihm formulierte "Wiensche Verschiebungsgesetz" beschreibt den Zusammenhang zwischen der absoluten Temperatur eines schwarzen Strahlers und der Wellenlänge seiner maximalen Emission und wurde zunächst auf Grund empirischer Untersuchungen ermittelt. Dafür und für sein 1896 formuliertes Strahlungsgesetz erhielt Wilhelm Wien 1911 den Nobelpreis für Physik.
Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.
Messinstrumente
Präzision in Glas und Metall. Thermometer sind mehr als nur Skalen und Zahlen. Sie erzählen von handwerklicher Kunst, technischem Fortschritt und dem menschlichen Drang, das Unsichtbare messbar zu machen. Von einfachen Flüssigkeitssäulen bis zu automatisierten Geräten – hier entdecken Sie, wie sich Messinstrumente über Generationen hinweg verändert haben.
Eichen & Kalibrieren
Die Eichung von Messgeräten dient seit langer Zeit dem Schutz des Verbrauchers, insbesondere dort, wo dieser eine messbare Leistung bezieht. Solche Leistungen sind beispielsweise das Gewicht von Lebensmitteln, das Volumen von Wasser und Benzin oder messbare Energiemengen wie beim Bezug von Gas, Elektrizität oder thermischer Energie (Wärme).
Geeicht werden also alle gewerblich genutzten Messgeräte wie Waagen, Wasser- und Gasuhren und Stromzähler.1921 trat das "Gesetz über Prüfung und Beglaubigung von Fieberthermometern" in Kraft. In der Folgezeit bis 1939 wurden ca. 92,5 Millionen Fieberthermometer in der Ilmenauer Eichbehörde geprüft, die zu 90 % für den Export bestimmt waren. Das Eichen von Fieberthermometern ist heute nicht mehr vorgeschrieben. Von der immer geringer werdenden Zahl der Flüssigkeits-Glas-Thermometer werden in der Eichbehörde Ilmenau lediglich noch Thermometer für die Anwendung in Apotheken geeicht.
Die Eichung besteht aus der eichtechnischen Prüfung und der Stempelung eines eichfähigen Messgerätes durch die zuständige Behörde. Bei der eichtechnischen Prüfung wird geprüft, ob die Bauvorschriften für das Messgerät eingehalten werden und ob es vorgegebene Messwerte innerhalb der Eichfehlergrenze richtig anzeigt.
Federthermometer
In manchem Produktionsprozess war es zwar unerlässlich, eine Temperaturstelle zu überwachen, jedoch konnte mitunter (z. B. bei zu hoher Umgebungstemperatur oder auf Grund anderer Gefährdungen) nicht in unmittelbarer Nähe des Fühlers abgelesen werden. Es entstand die Notwendigkeit der Fernübertragung des Messwertes.
Die Federthermometer wurden um 1880 speziell für diesen Fall entwickelt und waren die ersten Temperaturfühler, die dies ermöglichten.
Es sind Federthermometer mit Flüssigkeitsfüllung (z. B. Quecksilber) oder mit einer Füllung bestehend aus einem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch zu unterscheiden.
Während bei den Erstgenannten die Ausdehnung der Flüssigkeit über eine Kapillarleitung direkt auf die Anzeige übertragen wird, erfolgt im zweiten Fall die Anzeige der temperaturabhängigen Dampfdruckänderung im System.
Fieberthermometerfertigung
Zunächst erschien es nicht möglich, die Thermometerherstellung zu mechanisieren. Zu klein waren die Stückzahlen für gleichartige Glasinstrumente, zu vielschichtig und speziell die Arbeitsschritte. Lediglich die Fieberthermometer, die ab Ende des 19. Jahrhunderts zur Massenware wurden, ermöglichten mit ihren nun großen Stückzahlen eine Systematisierung der Arbeitsschritte und später deren maschinelle Umsetzung.
Während sich die Struktur der Fieberthermometerfertigung mit der Gründung von Fabriken und Vertriebsfirmen bereits um die Jahrhundertwende an die neuen, von zunehmender Massenproduktion geprägten Bedingungen anpasste, blieb die technische Herstellung weiterhin über lange Zeit unverändert. Erst in den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden in der Sowjetunion und in den 50er Jahren im neu gegründeten Thermometerwerk Geraberg Maschinen für einzelne Arbeitsschritte der Thermometerfertigung entwickelt.
Bis zu dieser Zeit war die Herstellung von Fieberthermometern auf manueller Basis nahezu unverändert geblieben. Lediglich das Einfüllen des Quecksilbers durch Vakuumanlagen und das Ausstechen der Kapillaren etwa zu gleichen Zeit durch Mikrobrenner hatte bisher zur Arbeitserleichterung beigetragen.Vorwiegend weibliche Arbeitskräfte wurden in der manuellen Produktion für Teilarbeiten wie Zuschneiden der Röhren, Spitzen ziehen oder Zahlen stempeln ausgebildet. Damit war der erste Schritt zur Arbeitsteilung getan.
Erste mechanische Geräte wurden als Rationalisierungsmaßnahme entwickelt (z. B. geregeltes Justiergerät, mechanische Teilmaschinen)
Maschinen zur Glasverformung standen im Mittelpunkt der Mechanisierung dieser Zeit. Als Nachentwicklungen in Folge des Erfahrungsaustausches mit dem Thermometerwerk in Klin (nahe Moskau) entstanden sie im firmeneigenen Betriebsmittelbau. Diese speziellen Maschinen dienten dem Spitzenziehen, Halsziehen und zur Kapillarenbearbeitung.
Zum Bedrucken der Skalen kam das Siebdruckverfahren zur Anwendung. Damit entfiel das zeitaufwändige Zahlenstempeln und die Lohnkosten in der Skalenproduktion sanken um 80 %.
Spezialmaschinen wurden vom Thermometerwerk Klin gebaut und an das Thermometerwerk Geraberg geliefert. Etwa zur gleichen Zeit baute der werkseigene Betriebsmittelbau verfügbare Waschmaschinen zu Justierthermostaten um und führte sie in die Fertigung ein.
Da Spezialmaschinen für kompliziertere Arbeitsgänge auf dem Weltmarkt nicht erhältlich waren, wurden sie vom Betriebsmittelbau selbst (z. T. in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Ilmenau) entwickelt und realisiert, so z. B. der Zuschmelzautomat, Geräte zum Ansetzen der Kapillaren und eine automatische Justier- und Sortieranlage.
Nach wie vor sind die speziellen Anforderungen in der Glasthermometerfertigung nicht durch den Kauf fertiger Maschinen zu erfüllen. Deshalb werden weiterhin angepasste Maschinen und Geräte in den Nachfolgebetrieben des Thermometerwerkes Geraberg entwickelt und in die Produktion eingeführt. Manuell beschickte Halbautomaten werden zu Vollautomaten weiterentwickelt.