Was ist ein Galileo-Thermometer
Das Galileo-Thermometer ist ein sehr schönes Messinstrument. Es dauert zwar, bis die steigenden und fallenden Glaskugeln die richtige Temperatur anzeigen und es ist nicht sehr genau, aber im Wohnbereich ist es ein nützliches Schmuckstück.
Ablesbar sind Temperaturschritte, die üblicherweise den Abstand von 1° C haben, aber auch in 0,5° C – Schritten wird es im Handel angeboten. Die Genauigkeit liegt ungefähr bei 0,2° C. Es gibt diese Thermometer mit nur 4 bis über 17 Glaskugeln (in verschiedenen Farben) für die Temperaturbereiche 19° C – 25° C bis 14° C – 30° C. An den Glaskugeln hängen Plomben mit eingeprägter Temperaturangabe. Auch am Zylinder kann eine Temperaturskala sein.
Galileo Galilei (1564-1642) stellte fest, dass sich bei verschiedenen Temperaturen die Dichte von Flüssigkeiten verändert. Auf diesem Prinzip sind die Galilei-Thermometer aufgebaut und ihm zu Ehren benannt. Es soll 1641 in Florenz erfunden worden sein von Ferdinand II., einem Großherzog der Toskana aus der Familie der Medici.
Nähere Betrachtung
In einer Flüssigkeit befinden sich hohle Glaskörper, die je nach Auftrieb schwimmen, schweben oder am Grund liegen. Steigt die Temperatur der Flüssigkeit, so dehnt sie sich aus, verringert ihre Dichte und somit den Auftrieb. Schwebende Glaskörper sinken herab, schwimmende beginnen zu schweben. Umgekehrtes geschieht beim Abkühlen der Flüssigkeit. Sind die Dichten der Glaskörper auf die verschiedenen Dichten der Flüssigkeit abgestimmt, zeigen sie die Temperatur an.
Der Hohlraum im Zylinder und in den Glaskugeln verhindert das Platzen der Glasgefäße. Der Zylinder ist verschlossen, um ein Verdunsten, Verschmutzen oder Verschütten der Flüssigkeit zu vermeiden.
Bei einem sehr breiten Glaszylinder, in dem die Glaskugeln nebeneinander schwimmen können, muss man umständlich nach der Glaskugel mit der kleinsten Temperaturangabe suchen. Zum bequemeren Ablesen ist der Durchmesser des Glaszylinders nur wenig größer als der Durchmesser der Glaskugeln und diese sind nach Dichte gestaffelt in den Zylinder eingefüllt. Sie ordnen sich nun eher untereinander an, und die unterste der oben schwimmenden Glaskugeln zeigt die Temperatur an.
Mathematisches
Wie groß sind die Gewichtsunterschiede der Glaskugeln?
Für eine grobe Berechnung werden sie als gleich groß angenommen, d. h. alle haben das gleiche Volumen und dieses Volumen sei unabhängig von der Temperatur (Glas dehnt sich hundert mal weniger aus als die Flüssigkeit).
Mit sehr guter Näherung ändert sich das Volumen V einer Flüssigkeit bei einer Temperaturänderung t linear:
deltaV = V*k*t
Die Konstante k heißt „kubischer Ausdehnungskoeffizient“, der wiederum ein wenig von der Temperatur t abhängt.
| Substanz
————————– |
Dichte [g cm-3] ————– |
k [-o C] —————– |
| Wasser | 0.998 | 0.000207 |
| Ethanol | 0.789 | 0.00110 |
| Tetrachlorkohlenstoff | 1.594 | 0.00123 |
| technische Gläser | 2.4 (ca.) | 0.00002 (ca.) |
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