Quecksilber-in-Glas-Thermometer -Mercury-in-glass thermometer

Quecksilber-Glas-Thermometer zur Messung der Raumtemperatur. Das Quecksilberthermometer von Daniel Fahrenheit war weitaus zuverlässiger und genauer als alle zuvor existierenden, und die heute verwendeten Quecksilberthermometer sind so hergestellt, wie Fahrenheit es entwickelt hat.
Der in Danzig geborene Daniel Gabriel Fahrenheit , ein Pionier der exakten Thermometrie (oder Präzisionsthermometrie ). Er erfand das Quecksilberthermometer (erstes praktisches, genaues Thermometer) und die Fahrenheit-Skala (erste weit verbreitete standardisierte Temperaturskala ).

Das Quecksilber-in-Glas oder Quecksilberthermometer wurde von dem Physiker Daniel Gabriel Fahrenheit in Amsterdam (1714) erfunden. Es besteht aus einer Quecksilber enthaltenden Kugel , die an einem Glasröhrchen mit geringem Durchmesser befestigt ist; Das Quecksilbervolumen in der Röhre ist viel geringer als das Volumen in der Birne. Das Volumen von Quecksilber ändert sich leicht mit der Temperatur; die kleine Volumenänderung treibt die schmale Quecksilbersäule relativ weit in die Röhre hinauf. Der Raum über dem Quecksilber kann mit Stickstoffgas gefüllt sein oder er kann bei weniger als atmosphärischem Druck , einem Teilvakuum , sein .

Um das Thermometer zu kalibrieren, wird die Kugel mit einem Temperaturnormal wie Eis/Wasser-Gemisch und dann mit einem anderen Normal wie Wasser/Dampf ins thermische Gleichgewicht gebracht und das Rohr zwischen den Fixpunkten in regelmäßige Intervalle geteilt . Grundsätzlich ist bei Thermometern aus anderem Material (z. B. farbige Alkoholthermometer ) aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungseigenschaften mit unterschiedlichen Zwischenwerten zu rechnen; in der Praxis werden die verwendeten Substanzen so gewählt, dass sie angemessen lineare Ausdehnungseigenschaften als Funktion der thermodynamischen Temperatur aufweisen und somit ähnliche Ergebnisse liefern.

In den ersten Jahrzehnten des 18. Jahrhunderts gelang Daniel Fahrenheit in der holländischen Republik zwei revolutionäre Durchbrüche in der Geschichte der Thermometrie . Er erfand das Quecksilber-in-Glas-Thermometer (erstes weit verbreitetes, genaues, praktisches Thermometer) und die Fahrenheit-Skala (erste weit verbreitete standardisierte Temperaturskala). Die Anwendung von Quecksilber (1714) und Fahrenheit-Skala (1724) für Flüssigkeits-in-Glas-Thermometer leitete eine neue Ära der Genauigkeit und Präzision in der Thermometrie ein und wurde 1966 als eines der genauesten verfügbaren Thermometer angesehen.

Geschichte

Ein großes Quecksilber im Glasthermometer.

Das Thermometer wurde von den Urhebern der Fahrenheit- und Celsius- Skalen verwendet.

Anders Celsius , ein schwedischer Wissenschaftler, entwickelte die Celsius-Skala, die 1742 in seiner Veröffentlichung Der Ursprung der Celsius-Temperaturskala beschrieben wurde.

Um seine Skala zu definieren, benutzte Celsius zwei feste Temperaturpunkte: die Temperatur von schmelzendem Eis und die Temperatur von kochendem Wasser, beide unter atmosphärischem Druck der Standardatmosphäre . Das war keine neue Idee, da Isaac Newton bereits an etwas Ähnlichem arbeitete. Die Unterscheidung von Celsius bestand darin, den Zustand des Schmelzens und nicht den des Gefrierens zu verwenden. Die Versuche, eine gute Kalibrierung seines Thermometers zu erreichen, dauerten 2 Winter. Indem er immer wieder dasselbe Experiment durchführte, entdeckte er, dass Eis immer an derselben Eichmarke auf dem Thermometer schmolz. Er fand einen ähnlichen Fixpunkt bei der Kalibrierung von kochendem Wasser auf Wasserdampf (wenn dies mit hoher Präzision durchgeführt wird, wird eine Variation mit dem atmosphärischen Druck zu sehen sein; Celsius bemerkte dies). In dem Moment, als er das Thermometer aus dem Dampf entfernte, stieg der Quecksilberspiegel leicht an. Dies hing mit der schnellen Abkühlung (und Kontraktion) des Glases zusammen.

Als Celsius beschloss, seine eigene Temperaturskala zu verwenden, definierte er seine Skala ursprünglich "umgedreht", dh er entschied sich dafür, den Siedepunkt von reinem Wasser auf 0 ° C (212 ° F) und den Gefrierpunkt auf 100 ° C festzulegen ( 32 ° F). Ein Jahr später schlug der Franzose Jean-Pierre Christin vor, die Skala mit dem Gefrierpunkt bei 0 °C (32 °F) und dem Siedepunkt bei 100 °C (212 °F) umzukehren. Er nannte es Celsius (100 Schritte).

Schließlich schlug Celsius eine Methode zum Kalibrieren eines Thermometers vor:

  1. Stellen Sie den Zylinder des Thermometers in schmelzendes Eis aus reinem Wasser und markieren Sie den Punkt, an dem sich die Flüssigkeit im Thermometer stabilisiert. Dieser Punkt ist der Gefrier-/Taupunkt von Wasser.
  2. Markieren Sie auf die gleiche Weise den Punkt, an dem sich die Flüssigkeit stabilisiert, wenn das Thermometer in kochenden Wasserdampf getaucht wird.
  3. Teilen Sie die Länge zwischen den beiden Markierungen in 100 gleiche Teile.

Diese Punkte sind für eine ungefähre Kalibrierung ausreichend, aber sowohl der Gefrier- als auch der Siedepunkt von Wasser variieren mit dem atmosphärischen Druck. Spätere Thermometer, die eine andere Flüssigkeit als Quecksilber verwendeten, ergaben ebenfalls leicht unterschiedliche Temperaturwerte. In der Praxis waren diese Schwankungen sehr gering und blieben nahe der thermodynamischen Temperatur, sobald diese entdeckt wurde. Diese Fragen wurden experimentell mit dem Gasthermometer untersucht . Bis zur Entdeckung der wahren thermodynamischen Temperatur definierte das Quecksilberthermometer normalerweise die Temperatur.

Moderne Thermometer werden oft mit dem Tripelpunkt von Wasser anstelle des Gefrierpunkts kalibriert; der Tripelpunkt liegt bei 273,16 Kelvin (K), 0,01 °C.

Maximum-Thermometer

Nahaufnahme eines maximalen Thermometers. Der Bruch in der Quecksilbersäule ist sichtbar.
Ein medizinisches Quecksilber-in-Glas-Maximalthermometer, das die Temperatur von 38,7 ° C (101,7 ° F) anzeigt.

Eine spezielle Art von Quecksilber-in-Glas-Thermometer, Maximum-Thermometer genannt, funktioniert mit einer Einschnürung im Hals nahe der Glühbirne. Bei steigender Temperatur wird das Quecksilber durch die Ausdehnungskraft durch die Engstelle nach oben gedrückt. Wenn die Temperatur sinkt, bricht die Quecksilbersäule an der Verengung und kann nicht zum Kolben zurückkehren, sondern bleibt in der Röhre stehen. Der Beobachter kann dann die maximale Temperatur über den eingestellten Zeitraum ablesen. Um das Thermometer zurückzusetzen, muss es stark geschwenkt werden. Dieses Design wird in der traditionellen Art von medizinischen Thermometern verwendet .

Maximum-Minimum-Thermometer

Ein Maximum-Minimum-Thermometer, auch als Sechs-Thermometer bekannt , ist ein Thermometer, das die maximalen und minimalen Temperaturen registriert, die über einen bestimmten Zeitraum, typischerweise 24 Stunden, erreicht werden. Das ursprüngliche Design enthält Quecksilber, jedoch nur, um die Position einer Alkoholsäule anzuzeigen, deren Ausdehnung die Temperatur anzeigt; es ist kein Thermometer, das durch die Ausdehnung von Quecksilber betrieben wird; quecksilberfreie Versionen sind verfügbar.

Physikalische Eigenschaften

Quecksilberthermometer decken einen weiten Temperaturbereich von –37 bis 356 °C (–35 bis 673 °F) ab; Der obere Temperaturbereich des Instruments kann durch die Einführung eines Inertgases wie Stickstoff erweitert werden. Diese Einführung eines Inertgases erhöht den Druck auf das flüssige Quecksilber und damit seinen Siedepunkt. In Kombination mit dem Ersatz des Pyrexglases durch Quarzglas kann der obere Temperaturbereich auf 800 ° C (1.470 ° F) erweitert werden.

Quecksilber kann nicht unterhalb der Temperatur verwendet werden, bei der es fest wird , −38,83 °C (−37,89 °F). Wenn das Thermometer Stickstoff enthält, kann das Gas beim Erstarren des Quecksilbers nach unten in die Säule fließen und dort eingeschlossen werden, wenn die Temperatur ansteigt, wodurch das Thermometer unbrauchbar wird, bis es zur Überholung ins Werk zurückgeschickt wird. Um dies zu vermeiden, verlangen einige Wetterdienste, dass alle Quecksilberthermometer ins Haus gebracht werden, wenn die Temperatur auf –37 °C (–35 °F) fällt.

Um niedrigere meteorologische Temperaturen zu messen, kann ein Thermometer verwendet werden, das eine Quecksilber - Thallium -Legierung enthält, die sich nicht verfestigt, bis die Temperatur auf –61,1 °C (–78,0 °F) fällt.

Auslaufen

Ab 2012 werden viele Quecksilber-in-Glas-Thermometer in der Meteorologie verwendet ; Für andere Zwecke werden sie jedoch immer seltener, da viele Länder sie aufgrund der Toxizität von Quecksilber für medizinische Zwecke verboten haben. Einige Hersteller verwenden Galinstan , eine flüssige Legierung aus Gallium , Indium und Zinn , als Ersatz für Quecksilber.

Das typische „Fieberthermometer“ enthält zwischen 0,5 und 3 g (0,28 und 1,69 Drachmen ) elementares Quecksilber. Das Verschlucken dieser Quecksilbermenge wäre wenig gefährlich, aber das Einatmen des Dampfes könnte zu gesundheitlichen Problemen führen.

Liste der Länder mit Vorschriften oder Empfehlungen zu Quecksilberthermometern

Karte der Länder der Europäischen Union , die Quecksilber-in-Glas-Thermometer gemäß der Richtlinie 2007/51/EG zum 22. Januar 2013 verboten haben. Länder in Blau haben gesetzliche Verbote zu diesem Thema erlassen, Länder in Grau haben unbekannten Status vorhanden, und Länder in Rot sind diejenigen, deren "Mitgliedstaat nationale Vollstreckungsmaßnahmen nicht für erforderlich hält".

Argentinien

Im Februar 2009 wies das argentinische Gesundheitsministerium mit der Resolution 139/09 an, dass alle Gesundheitszentren und Krankenhäuser quecksilberfreie Thermometer und Blutdruckmessgeräte kaufen sollten, und forderte Zahnärzte , Medizintechniker und Umweltmediziner auf, mit der Beseitigung dieses Giftes zu beginnen. Ab 2020 waren Quecksilberthermometer noch in Apotheken für die Öffentlichkeit erhältlich .

Österreich

Auf Grundlage des Bundes-Abfallwirtschaftsplans 2006 erfolgte eine freiwillige Rücknahmeaktion für quecksilberhaltige Thermometer, die in enger Zusammenarbeit zwischen der Österreichischen Apothekerkammer, dem Bundesministerium für Umwelt , einem privaten Entsorger u Hersteller von elektronischen Thermometern und Pharmadistributor. Das Entsorgungsunternehmen stellte jeder Apotheke (ca. 1.200) eine Sammeltonne zur Verfügung und übernahm die Entsorgungskosten. Der Pharmahändler übernahm die Logistikkosten für den Versand der Thermometer. Die Apotheken akzeptierten eine Bearbeitungsgebühr von nur 0,50 Euro pro Thermometer (was weit unter ihrer normalen Marge liegt). Der Lieferant stellte die Thermometer zu einem reduzierten Preis zur Verfügung. Das Bundesministerium unterstützte jedes verkaufte Thermometer (ca. 30 % der direkten Kosten) und bewarb das Projekt. Während der Sammelfrist konnten Verbraucher ein Quecksilberthermometer mitbringen und ein elektronisches Thermometer zu einem subventionierten Preis von 1 Euro kaufen. Zwischen Oktober 2007 und Januar 2008 wurden etwa 465.000 elektronische Thermometer verkauft und etwa eine Million Quecksilberthermometer (die zusammen etwa 1 Tonne Quecksilber enthalten) gesammelt.

Philippinen

Durch die Verwaltungsverordnung 2008-0221 des philippinischen Gesundheitsministeriums werden alle Quecksilbergeräte aus Krankenhäusern, einschließlich Quecksilber-in-Glas-Thermometern, auf den Philippinen bis zum 28. September 2010 schrittweise abgeschafft. Noch bevor die Verordnung freigegeben wurde, 50 Krankenhäuser haben Quecksilber bereits aus ihren Betrieben verbannt. Unter diesen fünfzig Krankenhäusern war das Philippine Heart Center das erste, das dies tat. Das San Juan de Dios Hospital , das Philippine Children's Medical Center , das San Lazaro Hospital , das Ospital ng Muntinlupa , das Lung Center of the Philippines , das National Kidney and Transplant Institute , das Manila Adventist Medical Center und das Las Piñas Hospital unternahmen ebenfalls Schritte, um die giftige Chemikalie zu verbieten. Das Land war das erste Land, das einen Schritt unternahm, um Quecksilber aus seinem Gesundheitssystem in Südostasien zu verbannen .

Großbritannien

Seit dem Inkrafttreten der Richtlinie 2007/51/EG der Europäischen Union am 3. April 2009 hat die britische Gesundheitsbehörde (HPA) mitgeteilt, dass Quecksilberthermometer nicht mehr an die breite Öffentlichkeit verkauft werden dürfen. Geschäfte mit unverkauften Thermometern mussten diese aus dem Verkauf nehmen; Quecksilberthermometer, die vor diesem Datum gekauft wurden, könnten ohne rechtliche Auswirkungen verwendet werden. Der Zweck dieser Beschränkungen besteht darin, die Umwelt und die öffentliche Gesundheit zu schützen, indem die Menge an freigesetztem Quecksilberabfall verringert wird. Die HPA hatte 2007 einen Leitfaden zum Umgang mit kleinen Quecksilberverschüttungen herausgegeben.

Vereinigte Staaten

In den Vereinigten Staaten empfehlen sowohl die American Academy of Pediatrics als auch die United States Environmental Protection Agency , dass zu Hause alternative Thermometer verwendet werden.

Siehe auch

Verweise