Die Celsiusskala

Gino macht Urlaub in Schweden. Da heute das Wetter nicht so gut ist, steht ein Museumsbesuch an. Im GustaviAnum in Uppsala. Das Gustavianum ist eigentlich ein "anatomisches Theater", mit anderen Worten: ein öffentlicher OPERATIONSSAAL. Gino findet den Gedanken daran nicht besonders appetitlich. Auch wenn er weiß, dass man heute natürlich nicht mehr zu Showzwecken operiert. Aber es gibt dort noch eine zweite Attraktion. Das Originalthermometer von Anders Celsius. Und genau darum soll es in diesem Video gehen: Die CELSIUSSKALA. Gino hat das Thermometer gefunden. Und ist erstaunt. Da stimmt doch was nicht. Gino erinnert sich an das, was er über die Celsiusskala in der Schule gelernt hat. Man nehme ein unbeschriftetes Flüssigkeitsthermometer. Dann tauche man das Flüssigkeitsthermometer in eine Mischung aus Eiswürfeln und Wasser und warte bis sich die Flüssigkeitssäule entsprechend verkürzt hat und stehen bleibt. Dann markiere man den Stand der Säule mit null Grad Celsius. Dies ist die sogennante Schmelztemperatur. Nun tauche man das Thermometer in siedendes Wasser, warte ab, bis sich die Flüssigkeitssäule nicht mehr verändert und markiere den neuen Stand der Säule mit einhundert Grad Celsius Das ist die Siedetemperatur. Dann teile man die Strecke zwischen der Schmelztemperatur und der Siedetemperatur in einhundert gleiche Teile. Und man hat die Celsiusskala. Das ist die Celsiusskala, wie Gino sie kennt. Aber das Originalthermometer von Anders Celsius, der übrigens von 1701 bis 1744 lebte und Professor für Astronomie in Uppsala war, sieht ganz anders aus. Es steht sozusagen auf dem Kopf! Professor Celsius zeichnete 1742 seine Skala auf dem sich im Museum befindenden Thermometer ein. Und da wählte er tatsächlich null Grad für die Siedetemperatur und einhundert Grad für die Schmelztemperatur! Aber warum? Oder, denkt sich Gino, warum nicht? Celsius war ja Wissenschaftler und als solcher praktisch denkend. In seiner Heimat Schweden kann es im Winter schon ziemlich kalt werden. Aber dass es je so heiß wird, dass das Wasser siedet, ist doch eher unwahrscheinlich. Also vermeidet man mit einem solchen Thermometer ziemlich geschickt negative Zahlen. Eigentlich ein cooler Trick. Andererseits wäre es schon ein bisschen abgefahren. Höhere Temperaturen wären dann ja irgendwie tiefere Temperaturen und umgekehrt. Auf jeden Fall wird Gino die nächsten Tage die Erwachsenen mal ein bisschen mit der alten Celsiusskala verwirren. Nichtsdestotrotz war es wahrscheinlich schon gut, dass die Skala umgedreht wurde, so wie wir sie heute kennen. Schon im Jahr 1743, also ein Jahr nach Celsius' Idee, hatte Jean-Piere Christin, in Lyon ein Thermometer konstruiert, das mit der uns bekannten Celiusskala versehen war. Und spätestens im Jahr 1745 gab es auch an der damals weltberühmten Universität in Uppsala ein Thermometer mit der uns heute geläufigen Skala. Übrigens wurde erst 1948 offiziell Grad Celsius als Einheit der Temperatur eingeführt. Bis dahin war es üblich von Zentigrad zu sprechen, da die Skala ja in einhundert Teile eingeteilt war. Den Ein-Grad-Abstand nennt man auch FUNDAMENTALABSTAND. Was hat CELSIUS denn nun so besonderes gemacht, dass man nach ihm eine Temperatureinheit benannt hat? Dazu müssen wir ein paar grundsätzliche Dinge klären. Um eine brauchbare Temperatureinheit zu definieren, die nicht abhängig von der speziellen Bauweise des Thermometers ist, das man benutzt, muss man ZWEI Fixpunkte festlegen. Die Temperaturmessung in einem Flüssigkeitsthermometer beruht ja darauf, dass die eingeschlossene Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Höhe hat. Steigt die Temperatur, dehnt sich die Flüssigkeit aus und steigt. Fällt die Temperatur, sinkt die Flüssigkeit. Man könnte also sehr einfach die Temperatur angeben als Strecke über oder unter einem festgelegten Punkt, dem FIXPUNKT. Aber um welche Strecke die Flüssigkeit steigt oder sinkt, ist natürlich total abhängig davon, wie breit zum Beispiel das Röhrchen ist. Wenn ich mir jetzt also die Temperatur in meinem Zimmer als Fixpunkt raussuche, dann kann ich natürlich die Temperatur als Abstand von diesem Punkt bestimmen, nur wäre das leider für jedes Thermometer ein anderer Wert. Erst bei zwei Fixpunkten, einem oberen und einem unteren, kann ich eine Einheit einführen, die unabhängig vom jeweiligen Thermometer funktioniert. Diese Idee hatte schon 1701 der dänische Astronom Ole Römer. Und damit man ein überall gleich funktionierendes Thermometer bauen kann, muss man die Fixpunkte natürlich so wählen, dass man sie überall erzeugen kann. In der Geschichte gab es viele ungeeignete Fixpunkte, zum Beispiel die Temperatur im tiefsten Keller des Observatoriums in Paris. Aber woher soll man zum Beispiel in Uppsala wissen, wie kalt es in einem pariser Keller ist? Der Siedepunkt und der Schmelzpunkt von Wasser – das sind zwei Punkte, die man tatsächlich überall auf der Welt nachvollziehen kann. Aber diese Idee hatte bereits 1703 der französische Naturforscher René-Antoine Ferchault de Réaumur. Und Celsius? Er hat sehr genau die Bedingungen untersucht, unter denen Wasser siedet und gefriert. Er hat experimentell bewiesen, dass sich die Temperatur von Eis nicht ändert, während es schmilzt, womit der Schmelzpunkt dann natürlich ein perfekter Fixpunkt ist, weil man ihn gut und lange erzeugen kann. Die Siedetemperatur von Wasser hängt leider vom Luftdruck ab, ist also NICHT immer und überall gleich. Aber Celsius hat sehr genau den Zusammenhang zwischen Luftdruck und Siedepunkt untersucht, sodass man mit seinen Forschungsergebnissen überall auf der Welt den Siedepunkt als oberen Fixpunkt der Temperaturskala nutzen kann. Und damit hat er einen wichtigen Beitrag dazu geleistet, dass objektive Temperaturmessungen überall möglich sind. Wir fassen zusammen: Für die Festlegung einer Temperatureinheit, die unabhängig vom benutzten Thermometer zu vergleichbaren Ergebnissen führt, sind zwei Fixpunkte nötig. Der Schwede Anders Celsius untersuchte die genauen Bedingungen des Schmelz- und Siedepunkts von Wasser und konnte so die genauen Luftdruckverhältnisse angeben, die für seine Festlegung der beiden Fixpunkte gelten sollten. Ursprünglich bestimmte er den Siedepunkt des Wassers bei Normaldruck als null Grad, und den Schmelzpunkt des Wassers als einhundert Grad. Den Bereich dazwischen teilte er in einhundert gleiche Abstände ein, die sogenannten Fundamentalabstände. Schon zu seinen Lebzeiten wurde die Skala umgedreht, sodass null Grad Celsius den Schmelzpunkt und einhundert Grad Celsius den Siedepunkt von Wasser kennzeichnet. Lange Zeit wurde die Hunderter-Skala benutzt, ohne dass Celsius' Name dabei eine Rolle spielte. Erst seit 1948 ist das "Grad Celsius" eine der beiden internationalen Einheiten der Temperatur. Gino hat jedenfalls seinen Spaß.