Ueber Temperaturmessungen. Mit Abbildungen auf Tafel 37. Ueber Temperaturmessungen. Bestimmung der wahren Lufttemperatur von H. Wild. Wenn man sieht, wie häufig in den zur Bestimmung der Lufttemperatur getroffenen Einrichtungen fehlgegriffen wird, so muſs man annehmen, daſs nicht immer eine blose Nichtachtung der hierbei in Betracht kommenden physikalischen Gesetze, sondern ebenso oft wohl auch eine Unklarheit über die zu bestimmende Gröſse selbst die Ursache hiervon ist. Der Physiker bezeichnet der mechanischen Wärmetheorie entsprechend die Temperatur eines Gases als lebendige Kraft der als Wärme aufgefaſsten unsichtbaren Bewegungen der Molecüle derselben. Concreter aufgefaſst, ist Temperatur einer bestimmten Menge trocknen Gases die Gröſse, welche bei freier Expansion desselben neben dem äuſseren Druck den Volum- und Dichtigkeitszustand desselben nach dem Dalton-Gay-Lussac'schen Gesetz bedingt, oder bei constantem Volum des Gases dem letzteren zufolge die Spannkraft desselben verändert. Abgesehen von gewissen Correctionen ist daher beim Luftthermometer die gehobene Quecksilbersäule im offenen Schenkel ein genaues Maſs der Temperatur des im Gefäſs bis zur Marke eingeschlossenen, auf constantem Volum erhaltenen Gases. In der Meteorologie hat man dem entsprechend unter der Temperatur der freien Luft nur die Gröſse zu verstehen, welche, abgesehen von beigemengtem Wasserdampf, Kohlendioxyd u. dgl., allein neben dem äuſseren Druck die jeweilige Dichtigkeit derselben bedingt. Die Dichtigkeit der Luft unter Berücksichtigung der Druck- und Zusammensetzungsverhältnisse derselben wird also hier als Maſs ihrer Temperatur dienen können. Das Luftthermometer läſst nun zwar mit Sicherheit die Temperatur der in sein Gefäſs eingeschlossenen Luft messen; man. würde aber, wie H. Wild im Repertorium für Meteorologie, 1879 Bd. 6 Nr. 9 ausführt, im Allgemeinen sehr irren, wenn man annehmen wollte, daſs dasselbe zugleich auch die Temperatur der freien das Gefäſs umgebenden Luft anzeige. Die festen Substanzen, welche bei allen Thermometern, sei es, wie hier, als Gefäſs zur Aufnahme der durch die Wärme sich ausdehnenden gasförmigen oder tropfbaren Flüssigkeit, sei es direct, wie bei den Metallthermometern, thermo-elektrischen Ketten oder den elektrischen Widerstandsthermometern, zur Anwendung kommen, besitzen alle ein. viel gröſseres Absorptions- und Ausstrahlungsvermögen für die Wärmestrahlen als die Luft, und, da sich jeder Körper durch gegenseitige Wärmestrahlung mit seiner ganzen Umgebung in Beziehung setzt, so kann es sehr leicht geschehen, daſs der in die Luft eingetauchte thermometrische Körper in Folge dieser Verschiedenheit der Strahlung eine ganz andere Temperatur als jene hat. Das einzige Mittel, die Temperatur der Luft frei von dieser Fehlerquelle zu bestimmen, besteht darin, ihre Dichtigkeit zu messen. Der Gewichtsverlust in Milligramm, welchem ein am einen Arm einer Wage angehängter Glasballon vom äuſsern Volum F Liter in gewöhnlicher, Kohlensäure haltiger, feuchter Luft an einem H Meter über dem Meer und unter der Breite φ gelegenen Orte erleidet, ist gegeben durch: G=V\,\frac{h-0,378\,h'}{760\,(1+0,003665\,t)\,(1293,03-3,32\ cos\ 2\varphi-0,00027\,H)}, wo h der auf 0° reducirte Barometerstand, h' die absolute Feuchtigkeit der Luft, beide in Millimeter, und t die gesuchte Temperatur der vom Glasballon verdrängten Luft ist. Da die Ausdehnung der Luft etwa 100 Mal so groſs ist als die des Glases, so zeigt t die Temperatur der umgebenden Luft unabhängig von der etwa durch Strahlungseinflüsse geänderten eigenen Temperatur des Glasballons. Letztere beeinfluſst nur das Volum V und kann leicht für sich bestimmt und in Rechnung gebracht werden. Setzt man nun h=760^{mm}, \varphi=45°, H=0 und V=10^l, so ergibt sich G=\frac{1-0,000497\,h'}{1+0,003665\,t}\,12930^{mg}. Hieraus folgt durch Differentiation mit genügender Annäherung: dG=12930\times 0,000497\,dh' und dG=12930\times 0,003665\,dt. Wenn also die Genauigkeit der Gewichtsbestimmung: dG=\pm\,1^{mg} ist, so wird man bei der Bestimmung der absoluten Feuchtigkeit einen entsprechenden Fehler dh'=\pm\,0^{mm},16 begehen dürfen und die Temperatur der Luft mit einer Sicherheit von dt=\pm\,0,021° erhalten, da alle übrigen Gröſsen des obigen Ausdruckes mit groſser Genauigkeit zu bestimmen sind. Das gröſste Hinderniſs für die Ausführung dieser Methode der Temperaturbestimmung bildet jedenfalls die Bestimmung der absoluten Feuchtigkeit h' die beim gegenwärtigen Zustand der Hygrometrie kaum mit einer Sicherheit von \pm\,0{mm},16 zu erzielen ist. Aber auch dann, wenn diese Schwierigkeit überwunden sein wird, werden die schwierigen Operationen, welche diese Methode erfordert, nur eine Verwerthung derselben bei vereinzelten Fundamentaluntersuchungen gestatten. Für gewöhnlich wird man daher doch Thermometer zur Bestimmung der Lufttemperatur verwenden müssen. Um nun den störenden Einfluſs der Sonnenstrahlen, sowie der Ausstrahlung gegen den kalten Weltraum und den festen Erdboden zu vermeiden, empfiehlt H. Wild an einem unten mit einer Schraube versehenen runden Eisenstabe ab (Fig. 7 und 8 Taf. 37) mittels der beiden verschiebbaren Querstücke c und d die zwei Psychrometerthermometer f, das Haarhygrometer h und das Weingeist-Minimumthermometer w zu befestigen. Nach auſsen werden diese Instrumente von den zwei halb offenen Zinkblechcylindern e und f mit conischem Dach und nach innen zu ansteigendem conischem Boden umhüllt. Um bequem ablesen zu können, wird der äuſsere kreisförmige Cylinder e so gedreht, daſs seine gegenüber liegenden Oeffnungen sich mit denen des inneren elliptischen Cylinders f decken, wie Fig. 8 zeigt, während sie in der übrigen Zeit zur Abhaltung der Strahlung so gestellt werden, daſs die Oeffnungen des inneren durch die Wände des äuſseren Cylinders verdeckt sind; dasselbe ist dann auch der Fall mit den entsprechenden Oeffnungen des conischen Daches und Bodens. Durch die breiten Zwischenräume zwischen den Cylindern sowohl an den Seitenwänden, wie im Dach und Boden ist auch bei dieser Stellung für genügend freien Luftwechsel gesorgt. Das Gehäuse wird vor einem nach Norden gewendeten Fenster befestigt, oder in einer besonderen Holzhütte aufgestellt. Nach den Versuchen von H. Wild erhält man mit diesem Thermometergehäuse die wahre Lufttemperatur mit einer Sicherheit von mindestens ± 0,1°; ja selbst die relative Feuchtigkeit der Luft wird, wenn man auſser der Temperatur auch diese bestimmen will, durch diese Vorrichtung im Durchschnitt bis auf 3 Proc. genau angegeben gegenüber einem frei aufgestellten Psychrometer. Neue Form des Luftthermometers von J. M. Crafts. Dieser in Fig. 9 und 10 Taf. 37 nach den Annales de Chimie et de Physique, 1878 Bd. 14 S. 409 dargestellte Apparat ist – dem von Jolly (vgl. 1877 225 275) entsprechend – ein Luftthermometer mit constantem Volum. Der kleine, mit Wasserstoff gefüllte, nur 0cc,75 fassende Behälter a ist durch das 0cc,023 fassende, 84cm lange Capilfarrohr b mit dem Manometer r und durch den Schlauch p mit dem Quecksilbergefäſs f verbunden. Letzteres ist mittels der über die Rolle l gehenden Schnur auf dem Rohre i verschiebbar, in welchem am anderen Ende der Schnur ein entsprechendes Gegengewicht hängt. Eigenthümlich ist der in Fig. 10 im Durchschnitt dargestellte Quecksilberabschluſs. Das durch den Schlauch p zuflieſsende Quecksilber tritt bei o aus einer kleinen Oeffnung des in das Rohr n mittels Kautschukschlauch luftdicht eingesetzten Rohres x zum Manometer. Die Oeffnung o legt sich auf das obere, mit einer Gummischeibe überzogene Ende des eingekitteten Rohrendes t, neben welchem ein nach dem Elektromagnete e führender Platindraht eingeführt ist, während der andere Draht bei c eingeschmolzen wurde. Das Rohr x ist ferner in einer Kupferröhre befestigt, welche die dem Elektromagnete als Anker gegenüber gestellte Eisenplatte v trägt, deren Einstellung mittels der Schraube z bewirkt wird. Soll Quecksilber eintreten, so zieht man an der Schnur w, während sonst mittels eines auf der Scheibe g befestigten, an h anliegenden Stiftes der Strom und somit in Folge der Hebung des Rohres x durch den Elektromagnet die Oeffnung o geschlossen wird. Bestimmung hoher Temperaturen durch Aenderung des Aggregatzustandes. Die schon von Prinscep (1828 28 421) vorgeschlagene Verwendung verschiedener Metalle und Legirungen zur Bestimmung hoher Temperaturen (vgl. 1877 225 276) sucht J. Documet in Paris (*D. R. P. Nr. 4882 vom 11. September 1878) in folgender Weise auszunutzen. Die beiden Enden der von einem Gehäuse eingeschlossenen Feder BCD (Fig. 11 und 12 Taf. 37) werden durch die kleinen Schrauben a und b der Führungsbüchse c festgehalten. Durch die Schraube d ist die Feder mit der Zahnstange H verbunden, welche in ein kleines Getriebe eingreift, auf dessen Achse ein Zeiger sitzt, der somit durch eine Verschiebung der aus Metall oder feuerfestem Thon hergestellten Stange E bewegt wird. Das untere Ende dieser durch eine Metallhülle geschützten Stange trägt eine Anzahl Scheiben von verschiedenem Schmelzpunkt, durch deren Gewicht die Feder etwa in die angedeutete elliptische Form gezogen wird. Erreicht nun die Temperatur des bis zur Flansche f der zu messenden Hitze ausgesetzten unteren Theiles den Schmelzpunkt einer der Platten, so schmilzt diese ab, die Feder wird dadurch entsprechend entlastet und rückt den Zeiger vor. Wie Fig. 11 zeigt, kann man statt der Platten auch Stifte durch die Stange E stecken, bei deren Abschmelzen die Stange und somit auch der Zeiger entsprechend vorrückt. Es läſst sich ferner unten an die Stange eine Schale hängen, die mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, durch deren Verdampfung aus den Oeffnungen m (Fig. 12) die Feder entlastet wird u.s.f. – Das Verfahren dürfte nur für wenige Fälle empfehlenswerth sein. W. Roberts (Annales de Chimie et de Physique, 1878 Bd. 13 S. 111) hat die Schmelzpunkte einer Reihe von Silber-Kupferlegirungen bestimmt, leider aber in so unvollkommener Weise, daſs seine Angaben für Temperaturmessungen nicht verwendbar sind. Th. Erhard und A. Schertel haben nach dem Jahrbuch für das Berg- und Hüttenwesen im Königreich Sachsen, *1879 S. 17 die Schmelzpunkte einiger Legirungen von Silber, Gold und Platin mittels eines Luftthermometers in einem kleinen, mit einem Schlösing'schen Löthrohre geheizten Ofen bestimmt. Zur Herstellung der Legirungen wurden die Metalle abgewogen und, in Mengen von 100 bis 150mg zur Kugel geschmolzen, der zu messenden Hitze ausgesetzt. Die Platin-Goldlegirungen zeigten groſse Neigung zum Entmischen. Die Verfasser glauben, daſs diese bis 1400° gehenden Bestimmungen nur eine Ungenauigkeit bis 20° zeigen; die höheren Temperaturen sind mit Benutzung der Angaben von J. Violle (1878 227 108. 230 325) durch graphische Interpolation gefunden: Zusammen-setzungProc. Schmelz-punkt Zusammen-setzungProc. Schmelz-punkt Zusammen-setzungProc. Schmelz-punkt Silber = Ag    954° 80 Au 20 Pt 1190° 35 Au  65 Pt 1495° 80 Ag 20 Au   975 75      25 1220 30       70 1535 60      40   995 70      30 1255 25       75 1570 40      60 1020 65      35 1285 20       80 1610 20      80 1045 60      40 1320 15       85 1650 Gold = Au 1075 55      45 1350 10       90 1690 95 Au   5 Pt 1100 50      50 1385   5       95 1730 90      10 1130 45      55 1420 Platin = Pt 1775 85      15 1160 40      60 1460 Mit Hilfe dieser Tabelle haben Erhard und Schertel die von Plattner i. J. 1840 veröffentlichten Schmelzpunktbestimmungen einer Reihe verschiedener Schlacken umgerechnet, auch selber einige Bestimmungen ausgeführt, von denen folgende angeführt werden mögen: Kupfer Schmelzpunkt bei 1100° Malaphyr von Mulatto „             „   1106 Pechstein von Arrom „             „   1106 Hauynbasalt von Neudorf b. Annaberg Schmelzpunkt zwischen 1080 u. 1106 Leucitbasalt vom Bohlberg bei Annaberg Schmelzpunkt bei 1130 Syenit von Edle Krone bei TharandPechsteinporphyr von LeisnigQuarzporphyr aus dem Travignothale Schmelzpunkt zwischen 1130 und 1160 Asbest Schmelzpunkt ungefähr 1300 Scharffeuer des Porzellanofens (Meiſsner Fabrik) Schmelzpunkt bei 1460 Nach den Versuchen von J. Violle (Comptes rendus, 1878 Bd. 87 S. 981) schmilzt Palladium bei 1500°, mit einer latenten Schmelzwärme von 36,3. Die mittlere specifische Wärme zwischen 0° und t° beträgt: t t t 100 = 0,0592 500 = 0,0632   900 = 0,0672 200 = 0,0602 600 = 0,0642 1000 = 0,0682 300 = 0,0612 700 = 0,0652 1200 = 0,0702 400 = 0,0622 800 = 0,0662 1300 = 0,0712, entspr. der Formel 0,0582 + 0,00001 t; die wahre specifische Wärme ist = 0,0582 + 0,00002 t, somit bei 0° = 0,0582, bei 1000° == 0,0782. Das Pyrometer von J. B. v. Saintignon besteht nach dem Englischen Patent Nr. 2409 vom 17. Juni 1878 aus einem der zu messenden Temperatur ausgesetzten Porzellanrohr, durch welches Wasser geleitet wird. Aus der Wärmeaufnahme desselben wird durch Multiplication mit einer für jedes Rohr festgestellten Zahl die Temperatur berechnet. – Da es mindestens zweifelhaft ist, daſs die Wärmeübertragung der Temperaturdifferenz genau proportional ist, so verdienen die mit diesem Apparat erhaltenen Angaben wenig Vertrauen. Thermodynamometer. R. Pictet benutzt unter Anwendung des zweiten Hauptsatzes der mechanischen Wärmetheorie zur Temperaturmessung durch die mechanische Arbeit die Spannungen verschiedener Dämpfe, welche einerseits in einer festen Beziehung zu den Temperaturänderungen stehen, andererseits in dem auf die Gefäſswände ausgeübten, mittels Manometer meſsbaren Druck einen in Meterkilogramm darstellbaren Werth liefern. Für Temperaturen von – 180 bis – 100° benutzt er eine Mischung aus gleichen Theilen Kohlensäure und Stickoxydul, von – 100 bis – 40° reine Kohlensäure, von – 40 bis + 25° reine Schwefligsäure, von + 25 bis + 900 Aether und von + 90 bis 200° Wasser. Bezüglich des Apparates und der umfassenden Berechnungen, welche diese für technische Zwecke wohl nicht brauchbaren Temperaturbestimmungen erfordern, muſs auf die ausführliche Abhandlung in den Archives des Scienses physiques et naturelles, *1878 Bd. 64 S. 185 verwiesen werden. Spectroskopische Messung hoher Temperaturen. A. Crova (Comptes rendus, 1878 Bd. 87 S. 879) bestimmt aus den continuirlichen Spectren zweier Lichtquellen, deren eine die bekannte Temperatur T, die andere die unbekannte t hat, mittels Spectrometer die Intensität eines rothen und eines grünen Strahles, deren Wellenlängen λ und λ1 676 und 523 betragen. Der Quotient derselben gibt das Verhältniſs der Intensitäten der Strahlen λ1 in beiden Spectren, wenn das stärkere so abgeschwächt wurde, daſs der Strahl λ in beiden gleich ist. Zwei Körper desselben Strahlungsvermögens haben aber dieselbe Temperatur, wenn die Intensitäten der einfachen Strahlen ihrer continuirlichen Spectren gleich bleiben, falls das stärkere durch zwei Nicols so geschwächt wird, daſs die Intensitäten zweier Strahlen gleicher Wellenlänge in beiden Spectren gleich sind. Crova gibt nun dem Lichte einer mit Rüböl gespeisten Moderateurlampe die optische Temperatur 1000 und vergleicht damit die Intensitäten des grünen und rothen Strahles der unbekannten Lichtquelle. Das so erhaltene Verhältniſs wird mit dem Strahlungsvermögen des Porzellanbehälters eines Luftthermometers verglichen und so auf die richtige Temperatur umgerechnet. Wie Becquerel (vgl. 1877 225 278) für Porzellan, Kohle, Platin und Magnesia, so hat Crova für Kohle, Kalk und Platin gleiches Strahlungsvermögen gefunden. Setzt man nach den Versuchen von J. Violle (Comptes rendus, 1879 Bd. 88 S. 171) die Intensität I des von Platin beim Schmelzpunkt des Silbers (954°) ausgestrahlten Lichtes = 1, so erhält man für die Temperaturen zwischen 800 und 1775° folgende Werthe:   800° I = 0,108 1200° I =   17,8 1600° I = 327   900 0,475 1300   45,2 1700 481 1000 1,82 1400 100 1775 587 1100 6,10 1500 194 Diese der Formel log I = – 8,244929 + 0,0114751 t – 0,000002969 t2 entsprechenden Zahlen zeigen, daſs das bei 500° kaum, sichtbare rothe Licht anfangs rasch, dann langsam zunimmt, bei 1933° das Maximum von 696 erreicht, um bei 2910° wieder auf 1 herunter zu gehen. Die Intensität einer bestimmten Strahlung wächst somit nicht unbegrenzt mit der Temperatur, sondern wird bei einer gewissen hohen Temperatur gerade so wieder unmerklich, als sie bei einer anderen niederen Temperatur erst auftrat. F. Rosetti (Beiblatt zu den Annalen der Physik, 1878 S. 695) fand das Strahlungsvermögen – das des erhitzten, mit Ruſs bedeckten Kupfers = 1 gesetzt – von Kupfer = 0,943, von Eisen = 0,882, von Platin 0,35 und von Magnesiumoxychlorid 0,58. J. L. Soret zeigt im Naturforscher, 1879 S. 115, daſs das Gesetz von Dulong und Petit für hohe Temperaturen keine Giltigkeit hat. Läſst man nämlich einen elektrischen Strom durch einen leitenden Draht gehen, so steigt die Temperatur desselben bis zu dem Grade, daſs die Wärme, welche er durch Strahlung, durch die Berührung mit der Luft und durch die Leitung an den Befestigungspunkt verliert, gleich ist der Wärme, welche die Elektricität in seinem Innern entwickelt. Man kann nun einerseits diese Wärmemenge berechnen, andererseits, indem man die Temperatur schätzt, welche der Draht annimmt, die Wärmemenge bestimmen, die er nach dem Dulong und Petit'schen Gesetze ausstrahlen muſs. Ein 0mm,32 dicker und 385mm langer Platindraht, dessen Oberfläche somit 385qmm betrug, wurde nun durch den Strom einer dynamo-elektrischen Maschine von 42c,3 Wärmeentwicklung in der Minute zum Schmelzen gebracht, während schon die Oberfläche von 3qcm bei 1700° nach der Dulong und Petit'schen Formel in der Minute 146c ausstrahlen sollte, was nicht möglich ist, da höchstens 42c zugeführt wurden. – Die letzterwähnten Temperaturbestimmungen durch Vergleichung der Wärme- oder Lichtstrahlen sind daher vorläufig noch mit Vorsicht aufzunehmen. F.