Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie funktionieren Flüssigkeitsthermometer?
  • Welche Eigenschaften müssen thermometrische Flüssigkeiten für Flüssigkeits-Glasthermometer aufweisen?
  • Weshalb wird Quecksilber heutzutage kaum noch als Thermometerflüssigkeit eingesetzt?
  • Welche Flüssigkeiten kommen heutzutage vorwiegend zur Anwendung?

Funktionsweise

Flüssigkeits-Glasthermometer (kurz Flüssigkeitsthermometer genannt) basieren auf dem Prinzip der Wärmeausdehnung von Stoffen. Dabei dehnt sich eine Flüssigkeit in einem Glasröhrchen (Kapillare genannt) bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. An einer kalibrierten Skala kann man dann die jeweilige Temperatur ablesen, die zur entsprechenden Wärmeausdehnung geführt hat. Solche Thermometer werden auch als Kapillarthermometer bezeichnet.

Prinzip der Temperaturmessung mit einem Flüssigkeitsthermometer
Abbildung: Prinzip der Temperaturmessung mit einem Flüssigkeitsthermometer

In Flüssigkeitsthermometern wird die Ausdehnung von Flüssigkeiten die mit einer Temperaturerhöhung verbunden ist zur Temperaturmessung verwendet!

Thermometrische Flüssigkeiten

Die verwendeten Flüssigkeiten in Flüssigkeitsthermometern müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen, um für den Einsatz geeignet zu sein. So dürfen sie bei niedrigen Temperaturen nicht gefrieren, weshalb sich Wasser als Flüssigkeit bspw. nicht eignet. Auch sollten die Flüssigkeiten einen ausreichend hohen Siedepunkt aufweisen, um bei hohen Temperaturen nicht zu verdampfen. Des weiteren muss sich die Flüssigkeit im verwendeten Messbereich gleichmäßig mit der Temperatur ausdehnen. Ansonsten wäre eine ungleichmäßige Skaleneinteilung auf dem Thermometer nötig. Auch aus diesem Grund eignet sich Wasser nicht, da sich Wasser aufgrund der Dichteanomalie ungleichmäßig bei Erwärmung ausdehnt.

Flüssigkeiten die jedoch all die geforderten Eigenschaften aufweisen und sich deshalb für den Einsatz in Flüssigkeitsthermometern eignen, werden auch als thermometrische Flüssigkeiten bezeichnet. Früher wurde als Thermometerflüssigkeit das hochgiftige Quecksilber verwendet, welches eine Erstarrungstemperatur von -39 °C und einen Siedetemperatur von 357 °C aufweist. Heutzutage wird für handelsübliche Flüssigkeitsthermometer anstelle von Quecksilber meist blau oder rot eingefärbtes Ethanol (Alkohol) mit einem Schmelzpunkt von -115 °C und einem Siedepunkt von 78 °C eingesetzt. In diesem Temperaturbereich können die alltäglich auftretenden Temperaturen im Bereich zwischen – 20 °C und +50°C gut abgedeckt werden.

Messempfindlichkeit

Die Messempfindlichkeit von Flüssigkeitsthermometern steigt mit der Menge an Flüssigkeit die sich im Thermometer befindet. Denn desto mehr Flüssigkeit im Thermometer ist, umso mehr Flüssigkeit wird sich auch ausdehnen und im Glasröhrchen aufsteigen. Aus diesem Grund besitzen Flüssigkeitsthermometern am unteren Ende der Kapillare ein Reservoir, um die Menge der Flüssigkeit im Thermometer zu erhöhen. Eine zu große Menge an Flüssigkeit würde jedoch dazu führen, dass das Thermometer sehr träge auf Temperaturänderungen reagiert, da die Erwärmung der Flüssigkeit dann umso länger dauert und die Flüssigkeit länger benötigt um sich den anzuzeigenden Außentemperaturen anzupassen.

Anmerkung

Quecksilber wurde/wird nicht nur aufgrund des breiten Temperaturbereichs eingesetzt (theoretisch einsetzbar von -39 °C bis 357 °C) sondern auch deshalb, weil Quecksilber das Glasröhrchen kaum benetzt. Die Kapillarität ist damit geringer und die Temperatur kann genauer angezeigt und abgelesen werden.