Geschiedenis van de thermometer
Geschiedenis van thermometer
Een thermometer is een toestel dat gebruikt wordt om de temperatuur te meten. De uitvinding ervan toekennen aan één persoon kan niet, omdat het hier nu eenmaal gaat over een evolutie van ontwikkelingen.
In de tijd van Hippocrates van Kos (460-370 v.C.) werd enkel de hand gebruikt om de hitte of de kilte van het menselijk lichaam op te sporen, hoewel koorts en rillingen gekend waren als tekenen van dodelijke processen. In de Alexandrijnse geneeskunde werd de pols als index van ziekte geobserveerd.
De Griekse filosoof en wetenschapper Aristoteles (384-322 v.C.) oordeelde dat er vier fundamentele functies zijn: warmte, koude, droogte en vochtigheid en onder invloed van die functies worden vier elementen gevormd: lucht, vuur, aarde en water.
De oude Grieken kenden al de uitzetting van lucht door hitte. De vroegste beschrijving over dit fenomeen waren de werken van Philo van Byzantium (280-220 v.C.). Hij bouwde een apparaat voor thermometrisch gebruik, dat hij beschreef in zijn werk Pneumatika. Het bestond uit een lege loden bol, voorzien van een waterdichte stop. Eén van de benen van een glazen buis, in de vorm van een omgekeerde U, liep door de stop, terwijl het andere been daalt naar de bodem van een vaas, vol met water. Op het moment dat de vaas aan de zon werd blootgesteld, veroorzaakte de lucht, die zich in de bol uitzette, de uitstoot van luchtbellen in het water van de vaas. Als men het toestel nadien in de lommer plaatste, koelde de lucht in de bol af et steeg het water in de glazen buis van de vaas gevuld met water. Indien men nadien opnieuw verwarmde, liep het water terug in de vaas. Uit het functioneren van dit apparaat concludeerde hij: "vuur is zeer nauw verbonden met lucht en trekt die zelfs aan".
Net als Philo van Byzantium kende ook Heron (of Hero) van Alexandrië (10-70) het principe dat bepaalde substanties, vooral lucht, kunnen uitzetten en samentrekken en hij beschreef een demonstratie waarbij een gesloten buis, gedeeltelijk gevuld met lucht, aan haar open einde in water stak. Het uitzetten of samentrekken van de lucht veroorzaakte een beweging in de buis.
Aan deze thermoscopen werd bijzonder weinig aandacht geschonken. Gedurende eeuwen nam geen enkele auteur de moeite om deze thermische fenomenen te observeren.
Claudius Galen (130–201) baseerde veel van zijn ziektebehandelingen op vier persoonlijke, essentiële verschillen: warmte, koude, vocht en droogte, zoals gepostuleerd door Aristoteles en andere filosofen. Galen quantificeerde het concept van graden van warmte en koude om de omvang aan te duiden waarmee deze quantiteiten aanwezig waren in het menselijk lichaam en hij sugereerde een mengeling van gelijke volumes van kokend water en ijs om de standaard van neutrale temperatuur vast te leggen. Volgens Galen werden de concepten warm en koud, bij neutrale identiek. In die tijd werd de huidskleur van een persoon bepaald door de proportie waarin warmte, koude, vochtigheid en droogte getemperd, waaruit het woord temperament voortkwam. Galen bepaalde vier graden in beide richtingen vanuit een neutraal punt in het midden. Dat neutrale punt was een mengeling van kokend water en ijs. Opvallend is wel dat de wetenschappers uit die tijd over een warmte- en koudeschaal beschikten, maar niet over preciese meetapparatuur.
Abu Ali al-Husayn ibn Abd Allah ibn Sina (980-1037), Latijnse naam Avicina, was een Perzisch medicus, wetenschapper en filosoof. Ibn Sina was de eerste die aantoonde dat het bloed het hart binnenstroomt om vervolgens door het hele lichaam gepompt te worden. Hoewel de Grieken, de joden en christenen het bloed als ziel van het lichaam bestempelden, zei hij: Bloed is het vervoermiddel van de voedingstoffen en afvalstoffen. Ibn Sina was ook de eerste die tijdens zijn wetenschappelijke experimenten een luchtthermometer gebruikte voor het meten van de temperatuur. Het mechanisme beschreven door Philo en Hero werd later gebruikt voor het aantonen van de warmte en de koude van lucht.
1558
De Italiaan Giambattista della Porta (1535-1615) beschreef in zijn 20 boeken tellende meesterwerk “Magia Naturalis” (Natural Magic, 1558 tot 1589) een eenvoudige luchtthermoscoop. De thermoscoop is geen thermometer maar een voorganger ervan. Het logische verschil tussen beide is dat een thermometer een schaal heeft en een thermoscoop niet.
Thermoscoop
In 1606 beschreef Giambattista della Porta (1535-1615) in zijn boek "I tre libri de spiritali", een experiment om de uitzetting van lucht te meten in een distilleerkolf, wanneer deze verwarmd wordt. Op de glaskolf markeerde hij de hoogste en laagste waterstand. Maar eigenlijk verwijst niets naar een warmtemeting.
1575
Het meten van hitte werd een puzzel in de cirkel van geleerde mensen in Venetië waartoe Galileo behoorde. De eerste oplossing was een thermoscoop. Verder bouwend op de Pneumatica van Hero of Alexandrië, begonnen verschillende auteurs te spelen met het idee van het uitzetten van lucht als de hitte verhoogde.
1578
Bovenstaand beeld toont een schema uit het boek "De logista medica", van Johannes Hasler (1548-16??) een arts, theoloog en filosoof uit Bern. Hierin schreef hij: "Hoe kunnen wij de natuurlijke warmte van een mens vinden afhankelijk van zijn leeftijd, het seizoen, de breedtegraad en andere invloeden.” In die tijd geloofde men nog dat de temperatuur van een bewoner van de tropen hoger zou zijn dan die van een bewoner van een hogere breedtegraad.
Daarom voegde hij de bovenstaande tabel toe aan zijn publicatie. In de linkse rij de negen warmtegraden, daarnaast de overeenkomende vergelijkingsindeling van warmte en koude volgens Galen. In de derde en vierde rij een fijnere onderverdeling in drie van de graden van de eerste en tweede rij, rechts daarvan staan de breedtegraden.
Volgens Hasler kon men uit deze tabel de ‘normale huidtemperatuur’ van iedere mens uit de verschillende breedtegraden opsporen, en de arts zou zijn geneeskunde daarop moeten afstellen. Het was dus een “medische schaal”. Daarnaast bestond ook nog eens een “filosofische schaal” met 8 graden van warmte en 8 graden van koude.
1592
Galileo Galilei (1564-1642), een Italiaanse natuurkundige, astronoom en wiskundige, ontwikkelde rond 1592 de thermoscoop, het eerste toestel dat de temperatuur kwalitatief kon meten. Later verbeterde hij dit toestel naar wat nu gekend is als een Galilei-thermometer, een thermometer in de vorm van een gesloten glazen cilinder waarin zich een doorzichtige vloeistof en en verschillende (vaak gekleurde) glasbelletjes bevinden. Bij een temperatuurverandering gaan de belletjes omhoog of omlaag. Elk gewichtje heeft zijn eigen karakteristieke temperatuur waarbij het in de vloeistof begint te zweven. Bij veranderende temperatuur verandert ook de dichtheid van de vloeistof, waardoor de glasbelletjes met hun eigen karakteristieke dichtheid omhoog of omlaag gestuwd worden. Dit gebeurt volgens de wet van Archimedes, gezien voorwerpen met een lagere massadichtheid gaan zweven en die met een hogere zinken. Een glasbelletje blijft hangen op de plaats waar de dichtheid van de omgevende vloeistof gelijk is aan die van het glasbelletje. Bij het maken van deze thermometer worden de glasbelletjes met de grootste massadichtheid onderaan gelegd, zodat bij veranderende temperatuur telkens één glasbelletje de oversteek van bodem naar oppervlak (of omgekeerd) kan maken.
Thermoscoop uit 1592 Thermometer van Galilei