• Teil 1 - Die Geburtsstunde der Thermometrie
• Teil 2 - Das 17. Jahrhundert - Die Frühzeit der Thermometrie
• Teil 3 - Thermometer mit schwimmenden Glaskugeln
• Teil 4 - Die Florentiner Thermometerskalen und ihre Relation zu den Skalen von Römer, Fahrenheit, Reaumur und Celsius
• Teil 5 - J.C. Sturm und das Differentialthermometer
• Teil 6 - Die Metallthermometer aus der Werkstatt des Reichsgrafen Hans Löser

Teil 5 - J.C. Sturm und das Differentialthermometer
Gerhard Stöhr 2002.12 (pr)

Differentialthermometer werden dann eingesetzt, wenn es darum geht, Temperaturdifferenzen zwischen zwei unterschiedlichen Messpunkten A und B direkt zu ermitteln. Ihre Entwicklung reicht zurück bis ins 17. Jahrhundert, das beginnend mit den ersten Thermoskopen, als die Wiege der Thermometrie gilt und bezüglich der Wärmemessung die bedeutendsten Fortschritte erbracht hat.

Erstmals beschrieben wurde ein solches Instrument durch Samuel Reyher (1635-1714), Magister und Professor der Mathematik sowie der Rechte an der Universität Kiel, in seiner Veröffentlichung "Dissertatio de aere" im Jahre 1670. Er beschreibt hier ein halbkreisförmig gebogenes Glasrohr mit 2 gleichgroßen, geschlossenen und luftgefüllten Hohlkugeln an beiden Enden, dazwischen eine Trennflüssigkeit. Je nachdem, welches Luftvolumen nun wärmer ist, wird sich die Indikatorflüssigkeit entsprechend aus ihrer Ruhelage (= 0) hinausbewegen und so die Temperaturdifferenz anzeigen.

Johann Christoph Sturm (1635-1703) wird oft im Zusammenhang mit der Erfindung des Differentialthermometers genannt. So schrieb beispielsweise Dr. Fritz Burckhardt im Jahre 1867: "Nicht unbedeutenden Veränderungen begegnen wir in dem Werk von Johann Christoph Sturm, Prof. in Altdorf, Collegium Experimentale sive Curiosum..., Nürnberg 1676." Allerdings stammt dieses in 2 Bänden veröffentlichte Werk aus den Jahren 1676 bzw. 1685, also einige Jahre nach Reyhers Veröffentlichung. Sturm behauptete auch nirgendwo, dass er der Erfinder dieses Thermometers sei. Im ersten Band des Collegium experimentale finden wir auf Seite 49 folgenden Abschnitt (Übersetzung - Hans Gaab):

"Die Art des zweiten Thermometers ist eine gekrümmte Röhre ABCD (siehe Figur. XXXVI), durch dessen Öffnung im Deckel D bläulich gefärbter, konzentrierter Weingeist hineingeschüttet wird, und zwar so (welches die enge Röhre allein ermöglicht), dass die kleine, bis B mit Luft gefüllte Kugel A vom ansteigenden Wasser nicht gefüllt wird. Falls nun beim so vorbereiteten Instrument das Kügelchen A erhitzt wird, wird folglich der Weingeist BC über C hinaus Richtung D ansteigen (entgegengesetzt der Bewegung beim ersten Thermometer), falls dann die Hitze weggenommen wird, oder auf irgendeine Weise abgekühlt wird, wird sich der Weingeist nicht nur bis C zurückziehen, sondern auch weiter sinken, auf der anderen Seite über B hinaus bis in die Mitte der kleinen Kugel A steigen."

Sturm erklärt die Wirkung, welche auf dieses Differentialthermometer ausgeübt wird ganz genau: "Wenn man beide Kugeln, die obere und die untere, fest und wenn man will hermetisch schließt, so sieht man dieselbe Wirkung, wie auf die andere Weise. Wird die Luft der Kugel A (der oberen) durch Kälte verdichtet, so steigt das Wasser empor; dann aber muss die Luft in der Kugel B verdünnt werden; wenn aber die Luft in A durch Wärme verdünnt wird, sinkt das Wasser, aber dann muss die Luft in der Kugel B verdichtet werden; das erste geschieht, damit kein Vakuum entstehe, das zweite, damit sich die Körper nicht durchdringen; denn vor Beidem hat die Natur einen Abscheu."

Ein dem Differentialthermometer ähnliches Gerät ist das belgische Thermometer, das in Figur X dargestellt ist. Hier ist der kürzere Schenkel verschlossen, der längere offen; die in A eingeschlossene Luft ist durch die höhere Flüssigkeitssäule im anderen Schenkel komprimiert. Der äußeren Form nach scheint es mit dem Thermometer, dessen sich der Brüsseler Arzt Johann Baptista van Helmont (1577-1644) bediente, überein zu stimmen. Dieses aber ist nach der ausdrücklichen Erklärung desselben unten geöffnet, siehe Figur XII. Ein vergleichbares Thermometer kennt man aus dem Jahr 1627, mit dem Unterschied jedoch, dass in Helmonts Thermometer ein größerer Tropfen hin und her bewegt wird. Sturm aber schließt auch noch den anderen Schenkel, indem er eine Kugel aufsetzt und so ein Thermometer erhält, das vollkommen geschlossen und daher den Einwirkungen des Luftdrucks entzogen ist, siehe Figur XI.

Eine Bemerkung, welche Pater Gaspar Schott (1608-1666) zu Würzburg schon 1657 in seinem Buch "Mechanica hydraulico-pneumatica etc." (p. 64. P.II, 231. Ann.I.) macht, zeigt uns, dass er zu dem Zeitpunkt schon ein doppelt verschlossenes Thermometer gekannt hat. Man kann also das vom Luftdruck unabhängige Differentialthermometer bis auf Gaspar Schott ins Jahr 1657 zurückführen.

In den nachfolgenden hundertfünfzig Jahren wurde es ruhig um die Differentialthermometer, bis dann John Leslie (1766-1832), ab 1805 Professor der Mathematik an der Universität zu Edinburgh, die Sache wieder aufgriff und in seinem Büchlein "A short account of experiments and instruments depending on the relation of air to heat and moistur" von 1823 ein sog. Differenz-Thermometer als seine Erfindung vorstellte. Die deutsche Übersetzung dieser Veröffentlichung "Kurzer Bericht von den Versuchen und Instrumenten, die sich auf das Verhalten der Luft zu Wärme und Feuchtigkeit beziehen", Leipzig 1823, liegt uns vor.

Daraus zitiere ich ab Seite 52: ".......und die Fortsetzung meiner Untersuchungen über diesen Gegenstand führte mich zur Erfindung des Differenz-Thermometers, eines höchst einfachen und bei mancherlei feinen physicalischen Untersuchungen höchst nützlichen Instruments. Es ist ein nur etwas, jedoch in wesentlichen Punkten verändertes Luftthermometer; es besteht aus einer gekrümmten, dem Buchstaben U ähnlichen Röhre, die sich an beiden Enden mit hohlen Kugeln, worin sich Luft befindet, endiget, und in dem mittleren Raum etwas mit Carmin gefärbte Schwefelsäure enthält. Sind hier beide Kugeln einer gleichen Temperatur ausgesetzt, so bleibt die flüssige Masse in Ruhe; ist aber eine Kugel mehr als die andere erwärmt, so wird durch die größere Elasticität der Luft die Flüssigkeit von dieser Seite weggedrängt sinken. Ich habe eine nicht leicht verdunstende und schwere Flüssigkeit wie die Schwefelsäure gewählt, damit bei den Wechseln der Temperatur die Trockenheit und Elasticität der eingeschlossenen Luftmasse keinen Änderungen ausgesetzt sei. Alcohol ist leichter und in seinen Bewegungen schneller; aber er würde durch Vermischung seiner Dämpfe mit den ungleich erwärmten Luftmassen diese ungleich ausdehnen und die Anzeigen des Instrumentes unrichtig machen. Um den Unterschied der Wärme beider Kugeln anzugeben, habe ich eine tausendtheilige Scale gewählt, die nämlich den ganzen Raum zwischen der Temperatur des gefrierenden und des kochenden Wassers in 1000 Teile theilt. Fig. 1"

1858 greift Dr. Johann Heinrich Müller (1809-1875), seit 1844 Professor der Physik an der Uni-Freiburg, in der 5. Auflage seines "Lehrbuch für Physik und Meteorologie in 2 Bänden" diese Thematik abermals auf. Er beschreibt mit praktisch identischen Worten in Band 2 auf Seite 636ff Rumfords (1753-1814) Differentialthermometer (Fig.562). Der ins Auge fallende Unterschied zu Leslies Instrument (Fig.563) ist der stark erweiterte Abstand der beiden Schenkel. Natürlich hat sein Instrument auch eine andere Teilung.

Quellen- und Bildverzeichnis:

© Gerhard Stöhr 2005