FIZIKA Tristo let Fahrenheitovih termometrov Janez Strnad -> Obletnic, povezanih z razvojem merilnih naprav, se spomnimo redkeje kot obletnic imenitnih odkritij in posrečenih poskusov. Naredimo izjemo in se tokrat posvetimo Fahrenheitu in njegovim termometrom. Daniel Gabriel Fahrenheit je bil rojen leta 1686 v Danzigu (današnji poljski Gdansk je bil tedaj nemško mesto). Leta 1701 sta mu umrla oče in mati, poročajo, da zaradi zastrupitve z gobami oz., ker sta zaužila strup v prepričanju, da gre za zdravilo. Mestni svet je mladoletnim otrokom - trem sinovom in dvema hčerkama - določil skrbnike. Najsterejši Daniel naj bi nadaljeval družinsko dejavnost kot trgovec. Po enoletnem uku knjigovodstva so ga leta 1702 poslali v Amsterdam na štiriletno vajeništvo. Bolj kot trgovina pa ga je zanimalo naravoslovje, in še posebej izdelovanje termometrov in barometrov. Da je lahko raziskoval, si je izposodil denar. Skrbniki so morali nastale dolgove poplačati iz dediščine mladoletnika. Zato bi ga priprli in izgnali v Vzhodno Indijo, današnjo Indonezijo, če ne bi Daniel leta 1707 izginil. Odpravil se je na potovanje in obiskal Nemčijo, Švedsko in Dansko. Ves čas se je izpopolnjeval v izdelovanju termometrov in barometrov. Leta 1710 je s štiriindvajsetimi leti - po tedanjih zakonih - postal polnoleten in se je lahko vrnil v Gdansk. Še vedno je veliko potoval, dokler se ni leta 1717 ustalil v Amsterdamu. Leta 1724 je obiskal London, kjer so ga sprejeli v Kraljevo družbo, angleško akademijo znanosti. Leta 1736 se je mudil v Haagu, nenadno zbolel in umrl. Do današnjih dni se žal ni ohranila nobena upodobitev Fahrenheita. Prizadevanja, da bi ljudje podrobno izrazili, kako toplo je kaj, so stara. Iz nekdanje jakosti (intenzitete) toplote se je razvila temperatura in iz mno- žine toplote toplota. Galileo Galilei je očenjeval temperaturo s termoskopom (slika 1). Po njegovi smrti so njegovi nekdanji učenči s sodelavči v Firenčah v drugi poloviči 18. stoletja razvili alkoholne termometre (slika 2). Kot florentinski termometri so se prečej razširili. Nekaj časa je minilo, preden so izdelovalči termometrov spoznali, da se je treba dogovoriti o dveh osnovnih temperaturah in o številu enot med njima. Enote so imenovali stopinje. Sprva je vsak izdelovaleč termometrov uporabljal drugačen dogovor; tudi firenški izdelovalči termometrov niso sprejeli trdnega dogovora - pomagali so si z najhladnejšim in najtoplejšim dnem v Firenčah. Tako niti dva njihova termometra nista kazala enako. Tudi Fahrenheit je najprej izdeloval alkoholne termometre, prve že leta 1706 ali 1707. Zastopal je stališče, da morata biti osnovni temperaturi natančno določeni in lahko določljivi. Leta 1713 ali 1714 je Fahrenheit izdelal prve ži-vosrebrne termometre za lastno rabo. V letih 1717 in 1718 jih je začel izdelovati za prodajo. Potrebe po termometrih so bile namreč tedaj velike. Že prej so poskušali uporabiti živo srebro, a se je lepilo na stene čevk. Fahrenheit je z destilačijo prečistil živo srebro in tako dosegel, da se ni lepilo na stene čevk. To je bil pomemben napredek. Živo srebro se z naraščajočo temperaturo bolj enakomerno razteza kot alkohol. Z alkoholnimi termometri ni bilo mogoče meriti temperatur nad vreliščem alkohola pri 78,4 °C. Fahrenheit je tudi ugotovil, da ni vseeno, iz katere vrste stekla so termometrske čevke, in da je vrelišče odvisno od zračnega tlaka. Leta 1708 je Fahrenheit v Amsterdamu obiskal astronoma Oleja Romerja, ki je prvi ugotovil, da svetloba potuje s končno hitrostjo. Romer je izdeloval termometre, ker jih je potreboval pri meteoroloških opazovanjih, a o termometrih tedaj ni ničesar objavil. Za osnovo mu je bila lestviča s 60-imi stopinjami, 10 Presek 42 (2014/2015) 1 FIZIKA SLIKA 1. Galileo Galilei je leta 1 592 ali 1 593 izdelal termoskop. Benedetto Castelli je opisal, kaj je videl pri Galileiju okoli leta 1603: »Vzel je stekleno posodico, približno tako veliko kot manjše kokošje jajce, z vratom, dolgim dve pedi (okoli 40 centimetrov), tankim kot pšenicna slamica. Z tokami je dobro segrel posodico. Potem jo je zasukal in ustje postavil v posodo, v kateri je bilo nekaj vode. Ko je umaknil roke s posodice, se je gladina vode v vratu takoj zacela dvigovati in se je dvignila za vec kot ped nad gladino vode v posodi. Gospod Galilei je potem uporabil ta pojav, da bi izdelal napravo za ugotavljanje stopnje toplote in mraza.« SLIKA 2. V florentinskem termometru so na posodico pritalili cevko s konstantnim presekom. Obarvani alkohol v bucki so segreli, daje segal do vrha cevke, in cevko zatalili. Ko se je naprava ohladila, se je gladina tekočine v cevki znižala, ker se je prostornina alkohola bolj zmanjšala kot prostornina stekla. Višina gladine je bila mera za temperaturo. Stara risba kaže, da so izdelovali tudi precej zapletene termometre. ki jo je razdelil na osem delov s po stopinjami. Za osnovni temperaturi je vzel temperaturo talecega se ledu in telesno temperaturo, merjeno pod pazduho ali v ustih, ki so jo tedaj imenovali »temperatura krvi«. V preglednicah ni želel navajati negativnih temperatur, zato je 0 stopinj priredil temperaturi hladilne zmesi vode, ledu in kamene soli v upanju, da bo nižja temperatura le poredko dosežena. Nicla tako ali tako ni bila pomembna, saj se je za določitev lestvice treba dogovoriti le o dveh osnovnih temperaturah. Kaže, da je Romer 60 stopinj povezoval s temperaturo vrele vode, čeprav njegovi termometri niso segli tako visoko. V pismu je Fahrenheit opisal, kako je ravnal Romer: »Videl sem, da je več termometrov postavil v vodo in led ter jih pozneje potopil v toplo vodo, ki je imela temperaturo krvi. Ti dve legi je zaznamoval na termometru. Polovico razdalje je dodal pod tocko v posodi z ledom in vso razdaljo razdelil na 222 delov, zacenši z 0 na dnu, 72 za tocko posode z ledom in 222 za temperaturo krvi.« Fahrenheit se je zgledoval po Romerju, le da je vsako njegovo stopinjo razdelil še na štiri dele in se je tako znebil »neprijetnih ulomkov«. Mešanici vode in ledu je priredil 30 stopinj in telesni temperaturi 96 = 25 ■ 3 stopinj. Danes je Fahrenheitova lestvica določena z dogovorom, da tališču ledu ustreza 32 0F in vrelišču vode 212 0F. V uradni rabi je še v Združenih državah Amerike in nekaterih manjših državah. V Kanadi jo uporabljajo poleg Celzijeve lestnice. Cel-zijeva lestvica ne sodi v mednarodni sistem enot SI, a jo ta dovoljuje za rabo v vsakdanjem življenju. Fahrenheitovi termometri so se odlikovali po na-tancnosti. Leta 1714 je Fahrenheit v Halleju obiskal Christiana von Wolffa, ki je poklicno pot zacel kot matematik, a je bil bolj znan kot filozof. Izrocil mu je dva alkoholna termometra, ki ju je Wolff podrobno preizkusil. Ugotovil je, da sta oba kazala enako, ce-prav sta se po zgradbi razlikovala. To ga je mocno 11 Presek 42 (2014/2015) 1 FIZIKA —^ % bili neposredno povezani s termometri in barometri. Raziskal je vrelišče različnih tekočin v odvisnosti od tlaka. Izdelal je termometer, s katerim so po vrelišču vode ugotavljali zračni tlak. Opazoval je raztezanje stekla različnih izdelovalčev. Načrtoval je uro z živim srebrom, ki naj bi jo bilo mogoče uporabiti za ugotavljanje zemljepisne dolžine, in napravo za dviganje vode. Ob sprejemu v Kraljevo družbo je leta 1724 v Londonu imel več predavanj in je v poročilih družbe objavil pet kratkih člankov. To je bila edina njegova objava. Dopisoval si je s številnimi tedanjimi znanstveniki, med njimi z Gottfriedom Wil-helmom Leibnizem. V objavah in v pismih je mogoče spoznati podrobnosti o Fahrenheitovem življenju in delu. Wolff je o Fahrenheitu zapisal: »Zasluži priznanje za prizadevanje pri izdelavi termometrov in barometrov, je pa premalo izkušen v znanosti matematike in v njegovih iznajdbah naključje igra večjo vlogo kot razmišljanje.« _ XXX Križne vsote SLIKA 3. Ni znano, koliko živosrebrnih termometrov je Fahrenheit izdelal na začetku. Dva hrani muzej na Nizozemskem, tretji seje leta 2012 pojavil na dražbi družbe Christie's in so ga prodali za 67 tisoč funtov (81 tisoč evrov). presenetilo, saj si dotlej kaj takega ni bilo mogoče zamisliti. Svoje ugotovitve je objavil v Ačta Erudi-torum (Zapiskih modrih), eni od prvih znanstvenih revij. S tem je Fahrenheitov dosežek razširil med tedanjimi raziskovalči. To je razlog, da so številni spletni naslovi leto 2014 razglasili za tristoletničo Fah-renheitovega termometra in Fahrenheitove lestviče. Lestvičo je bilo mogoče vnaprej narisati na deščičo, na katero so pozneje pritrdili termometrsko čevko. Odtlej so termometre množično izdelovali. Fahren-heitovi termometri so bili natančnjši od drugih in so se močno raširili. Leta 1714 je Fahrenheit nekaj živosrebrnih termometrov razdelil znančem (slika 3). Po letu 1718 je Fahrenheit v Amsterdamu predaval o optiki, hidrodinamiki in kemiji; zapisi teh predavanj so se ohranili. Delal je tudi poskuse, ki niso -> Naloga reševalca je, da izpolni bele kvadratke s števkami od 1 do 9 tako, da bo vsota števk v zaporednih belih kvadratkih po vrsticah in po stolpcih enaka številu, ki je zapisano v sivem kvadratku na začetku vrstice (stolpca) nad (pod) diagonalo. Pri tem morajo biti vse števke v posamezni vrstici (stolpcu) razlicne. 5 19 13 3 14 9 11 8 19 7 14 10 15 5 XXX 12 Presek 42 (2014/2015) 1