Was ist die Geschichte hinter der Definition der Temperatur als Maß für die Hitze?

In gewisser Weise wusste jeder, dass Wärme fließt und Kälte Abwesenheit von Wärme ist. Aber woher wussten sie es?

Die Antwort ist ganz einfach, dass sie es nicht wussten. Kälte wurde ebenso wie Wärme häufig in Grad gemessen , und Begriffe wie Frostgrad waren bis ins frühe 20. Jahrhundert gebräuchlich. Alternative Temperaturskalen wie die Delisle-Skala und die ursprüngliche Celsius-Skala, die mit zunehmender Kälte zunahm, waren historisch weithin anerkannt.

In dem Buch Inventing Temperature enthält Hasok Chang eine eingehende Diskussion historischer Kältetheorien, aus der sich die folgende Zusammenfassung ableitet. Chang beginnt (S. 160):

Die praktische Thermometrie erreichte ein gutes Maß an Zuverlässigkeit und Präzision, bevor die Menschen mit Zuversicht sagen konnten, was mit Thermometern gemessen wurde. Eine merkwürdige Tatsache in der Geschichte der Meteorologie gibt uns einen Einblick in diese Situation. Die übliche Zuschreibung des Celsius-Thermometers an den schwedischen Astronomen Anders Celsius (1701-1744) ist zwar richtig, aber seine Skala hatte den Siedepunkt von Wasser mit 0° und den Gefrierpunkt mit 100°. Tatsächlich war Celsius nicht der Einzige, der eine solche „umgedrehte“ thermometrische Skala einführte. [...] Diese "umgedrehten" Waagen wurden bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts ernsthaft wissenschaftlich genutzt.

Chang fährt fort, viele Beispiele für solche Skalen von „Kälte“ zu geben und die Geschichte des Konzepts im Laufe der Zeit nachzuzeichnen (S. 162).

Es gab im Laufe der Jahrhunderte eine Reihe von vollkommen fähigen Philosophen und Wissenschaftlern, die Kälte als real wie Wärme ansahen – beginnend mit Aristoteles, der Kälte und Wärme als gleichberechtigte gegensätzliche Eigenschaften betrachtete, als zwei der vier grundlegenden Eigenschaften im Irdischen Welt. [...] Obwohl viele der [mechanischen Philosophen des siebzehnten Jahrhunderts] Theorien folgten, die Wärme als Bewegung und Kälte als deren Fehlen verstanden, schloss die mechanische Philosophie nicht aus, Wärme und Kälte den gleichen ontologischen Status zu geben.

Francis Bacon betrachtete Kälte als eine Art Kontraktionsbewegung, das Gegenteil der Ausdehnungsbewegung von Wärme. Robert Boyle versuchte, die Realität einer positiven Erkältung auszuschließen, gab jedoch zu, dass er dies nicht endgültig tun konnte. Pierre Gassendi postulierte „kühlende Atome“, die das Äquivalent zu den „kalorischen Atomen“ waren, die angeblich Erwärmung verursachten.

Thomas Thomson (1773-1852), ein früher Chemiehistoriker, behauptete, die allgemeine Meinung von Philosophen (dh Wissenschaftlern) im frühen achtzehnten Jahrhundert sei, dass Kälte ein "positives Etwas, ein besonderer Körper mit spezifischen Eigenschaften" sei. [ ...] Nach [diesen Philosophen] ist Kälte eine Substanz salziger Natur, die Salpeter sehr ähnlich ist, ständig in der Luft schwebt und vom Wind in sehr winzigen Körperchen herumgeweht wird, denen sie den Namen Kälte gaben Teilchen."

Sogar im späten 17. Jahrhundert war diese Frage nicht geklärt, da die Encyclopaedia Britannica 1778 berichtete, dass es keinen Konsens zu dieser Frage gab, und sich auf die Seite der Existenz von Kälte als einer Art separater Kraft/Entität stellte. Experimente in den späten 1700er und frühen 1800er Jahren schienen die Existenz einer Art unabhängiger Kälte zu bestätigen. Es wäre ein bisschen kompliziert, diese hier zu beschreiben, aber es genügt zu sagen, dass einige Wissenschaftler sogar bis ins 18. Jahrhundert beträchtliche Beweise für das Konzept der positiven Kälte zusammengetragen haben . Eine der letzten prominenten Theorien dieser Art wurde von Graf Rumford (1753-1814) vertreten, der für eine Art „Kühlstrahlung“ plädierte, die eine Art Analogon zur Strahlungswärme darstellte.

Am Ende argumentiert Chang, dass die positive Kälte nicht verschwand, weil sie damals endgültig entlarvt wurde, sondern weil die kalorische Theorie der Wärme so systematisiert und klar artikuliert wurde, dass es schwierig wurde, der positiven Kälte einen Platz im Inneren zu bewahren Es.

Für den Grund, warum "umgedrehte" Thermometer schon vor dieser Zeit allmählich in Vergessenheit gerieten, gibt es in historischen Abhandlungen keine klare Begründung. Aber man könnte theoretisieren, dass die Tatsache, dass Thermometer Skalen mit einer aufsteigenden expandierenden Flüssigkeit hatten, natürlich dazu führen könnte, dass eine Skala markiert ist, um das zunehmende Volumen durch zunehmende Zahlen anzuzeigen. Beachten Sie erneut, dass dieser Trend wahrscheinlich aus rechnerischen und theoretischen Gründen begann, bevor ein Konsens darüber erzielt wurde, ob kalt oder nichtexistierte als eigenständige Einheit. Und wie in einem Kommentar erwähnt, ist es viel einfacher, die Auswirkungen von zusätzlicher Wärme praktisch zu messen, aber viel schwieriger, „zusätzliche Kälte“ zu erzeugen. Wissenschaftler haben sicherlich auch Letzteres versucht, aber es ist wahrscheinlich, dass die Neigung zum Experimentieren mit Wärmequellen dazu führte, dass sich die Kalorientheorie auf Wärme und nicht auf Kälte konzentrierte, was letztendlich zum Niedergang der Vorstellung von unabhängiger Kälte führte.

Es macht weder für die Temperaturmessung noch für die Berechnung des Wärmestroms einen Unterschied, was dort fließt, wenn überhaupt. So wurde eine experimentelle Grundlage für die Temperaturmessung geschaffen, lange bevor die Natur dessen, was gemessen wurde, klar wurde. Wie Fowler in Early Attempts to Understand Heat schreibt :

„ Bis zum Ende des 17. Jahrhunderts hatten die Experimente von Fahrenheit, Black und anderen eine systematische, quantitative Methode zur Messung von Temperaturen, Wärmeströmen und Wärmekapazitäten etabliert – aber dies warf kein wirklich neues Licht darauf, was gerade floss“ .

Die Situation war etwas ähnlich wie bei der Elektrizität, die damals auch mit Flüssigkeit(en) analogisiert wurde, aber es gab konkurrierende Theorien mit einer und zwei Flüssigkeiten . Im Gegensatz dazu gab es nie eine Zweiflüssigkeitstheorie der Wärme oder eine Theorie mit einer kalten Flüssigkeit. Sowohl Stahls Phlogiston (1703) als auch Lavoisiers Caloric (1787) transportierten Wärme, nicht Kälte, siehe Was sind die Hauptfehler der „kalorischen“ Wärmetheorie? In der Tat dehnen sich Materialien normalerweise aus, wenn sie erhitzt werden, was darauf hindeutet, dass etwas hinzugefügt wurde. Fowler erklärt mehr über die intuitive Motivation in Lavoisers Fall:

„ Aber im Gegensatz zur Elektrizität, die keinen merklichen Einfluss auf das Aussehen eines geladenen Objekts hatte, veränderte sich, wenn Wärme einem Festkörper zugeführt wurde, die Dinge erheblich. Zuerst dehnte sich das Material aus, dann wurde es flüssig und schließlich gasförmig Es konnte genügend Wärme abgegeben werden.Weiteres Erhitzen dehnte das Gas aus oder erhöhte seinen Druck, wenn es in einem festen Behälter gehalten wurde.

Um diese Abfolge von Ereignissen in Bezug auf eine dem Material zugeführte kalorische Flüssigkeit zu interpretieren, könnte man sich vorstellen, dass die Flüssigkeit zwischen den Atomen des Feststoffs fließt und ihre gegenseitige Anziehungskraft verringert, bis der Feststoff zu einer Flüssigkeit schmilzt, woraufhin die Kalorik anhält sich um die Atome ansammeln, bis sie zu einem Gas auseinandergedrückt werden. Es wurde angenommen, dass in dem Gas jedes Atom oder Molekül von einem Wärmeknäuel umgeben war, wie ein federndes Wollknäuel, und diese Knäuel waren in einem Behälter verpackt wie Orangen in einer Kiste, außer dass sich die Kalorienknäuel als Wärme unbegrenzt ausdehnen konnten eingegossen wurde. "