Thermometers en Thermometerschalen

Om iets te meten, hebben we een maat nodig. Voor afstanden gebruiken we de meter, voor de tijd is dit het uur, enz. Om de temperatuur te meten, hebben we ook een eenheid nodig. Dit is de graad, maar welke graad?

Een variatie aan thermometerschalen

Het volstaat om een krant uit een ander land te openen om te merken dat niet iedereen dezelfde thermometerschaal gebruikt.
Als we in de New York Times lezen dat het 100° is in de stad, betekent dit echt niet dat je daar in het water van de fonteinen een eitje kunt koken. Het is dus duidelijk dat niet iedereen de temperatuur in dezelfde eenheden uitdrukt. Vanaf het begin van de 18de eeuw hebben verschillende geleerden elk een eigen temperatuurschaal ontwikkeld. We geven hieronder de belangrijkste.

De Celsiusschaal

De schaal van de Zweed Anders Celsius (1701-1774) is voor ons de meest vertrouwde en in het dagelijks leven de meest praktische. De temperatuur, waarbij water bevriest of smelt - dat is hetzelfde maar in de andere richting - werd gekozen als het nulpunt. Temperaturen beneden het vriespunt van water worden in negatieve getallen uitgedrukt. Het kookpunt van water werd arbitrair gekozen als 100 graden. De afstand tussen beide temperaturen wordt dus in 100 gelijke delen of graden verdeeld.

De Kelvinschaal

Hoe handig de Celsiusschaal ook moge zijn, voor natuurkundige berekeningen vormt ze toch een probleem met haar negatieve getallen bij vriestemperaturen, waardoor we problemen met formules gaan krijgen. Hiertoe werd een nieuwe schaal ontwikkeld, met hetzelfde interval tussen 2 graden, maar met een ander beginpunt. In plaats van als nulpunt de temperatuur te nemen waarbij water bevriest, wordt in de schaal van Kelvin als nulpunt de laagste temperatuur genomen die – theoretisch – kan bestaan, het absolute nulpunt. Dit punt wordt dan 0° Kelvin, waardoor alle bestaande temperaturen een positief aantal graden geven. Uitgedrukt op de Celsiusschaal ligt het absolute nulpunt op –273,15 graden.

Waarom is dit nulpunt absoluut?

Volgens de fysica gaan bij verwarming de atomen sneller bewegen en bij afkoeling trager. Op een bepaald moment zouden ze zo traag bewegen dat ze stilstaan. Trager dan stilstaan, kan natuurlijk niet. Daarom is dit het absolute nulpunt. Technisch is men er reeds in geslaagd ontzettend dicht bij dit absolute nulpunt te komen, maar er wordt van uitgegaan dat het nooit 100% te bereiken zal zijn.

De Fahrenheitschaal

De Duitser Gabriel Fahrenheit (1686-1736) koos als nulpunt de temperatuur waarop zeewater bevriest. Als 100 gradenpunt nam hij de temperatuur van het menselijk lichaam. Het enige voordeel dat dit systeem biedt, is dat in het dagelijks leven enkel positieve temperaturen worden gemeten. Toch is de uitdrukking van temperatuur op deze schaal vrij onpraktisch. Water bevriest bijvoorbeeld bij 32°F en kookt bij 212°F. Deze schaal was indertijd algemeen in de Angelsaksische wereld. Nu wordt zij vrijwel enkel nog in de Verenigde Staten gebruikt.

De Rankineschaal

Voor wetenschappelijke toepassingen werd ook in de Fahrenheitwereld naar een schaal verlangd dat haar nulpunt op het absolute nulpunt plaatste. Deze schaal werd genoemd naar de Schotse fysicus William Rankine (1820-1872). Dit begint op hetzelfde nulpunt als de schaal van Kelvin, maar de intervallen tussen twee graden zijn zo groot als bij Fahrenheit.

De Romerschaal

Een voorloper van de Celsius- en Fahrenheitschalen was de inmiddels in onbruik geraakte Romerschaal. De Deen Ole Romer (1644-1710) ontwikkelde als eerste het idee om een schaal te definiëren lopend tussen twee vaste punten, waartussen de afstand in een aantal gelijke afstanden (graden) werd verdeeld. Het smeltpunt van pekel koos Romer als nulpunt en het kookpunt van water als 60°. Daartussen werd de afstand dus in 60 graden verdeeld.

De Réaumurschaal

De Fransman René de Réaumur (1683-1757) bedacht een thermometerschaal, waarbij het nulpunt, net zoals bij Celsius werd vastgelegd op de smelttemperatuur van water, maar voor het kookpunt van water gaf hij een waarde aan van 80°. Hoewel Réaumur lang in Europa in gebruik is geweest, heeft deze thermometer het toch moeten afleggen voor de schaal van Celsius.