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WELTJAHR DER PHYSIK: WÄRME UND KÄLTE

Als die Gelehrten erkannten, wie wichtig es ist, Dinge wie Raum, Zeit und Gewicht messen zu können, versuchte man dies auch mit der Wärme. 1701 schlug Isaac Newton eine Skala vor, in der der Gefrierpunkt des Wassers auf Null und die normale Körpertemperatur eines Menschen auf 12 festgelegt werden sollte. Kurz darauf schlug Gabriel Fahrenheit (1686-1736) vor, als Null die tiefste Temperatur zu definieren, die damals durch eine Eis-Salzmischung erreichbar war.

An der zentralen Frage, was Temperatur in ihrem innersten Wesen sei, bissen sich die Physiker die Zähne aus. Die Beantwortung sollte noch zwei Jahrhunderte auf sich warten lassen. Der Mangel an Wissen ließ einige kluge Männer jedoch nicht resignieren sondern spornte sie zu Experimenten an. Wärme wurde lange Zeit für eine unsichtbare Substanz gehalten, die ein Körper besitzt oder auch nicht. Diese Theorie, die vom deutschen Mediziner Johann Joachim Becher (1635-1682) stammt, wurde „Phlogiston“ (griechisch: verbrannt) genannt. Hundert Jahre später wurde diesem Irrtum durch den französischen Chemiker Antoine de Lavoisier (1743-1794) der Garaus gemacht.

Wärme kann durch Reibung erzeugt werden, daher setzte sich allmählich die These durch, dass Temperatur etwas mit Bewegung zu tun haben müsse. Der amerikanische Abenteurer, Spion, Privatgelehrte und Begründer der Royal Institution of London, Benjamin Thomson Graf Rumsford (1753-1814), wies durch seine Überlegungen den Physikern den richtigen Weg. Er erkannte intuitiv die Natur der Wärme und die damit verbundene Energie.

Die entscheidenden Durchbrüche auf dem Weg zu einer Deutung der Temperatur machten der Franzose Sadi Carnot (1796-1832) und die Engländer James Joule (1818-1889) und William Thomson (1824-1907). Carnot, der an der Entwicklung der Dampfmaschine interessiert war, warf die grundsätzliche Frage auf, wie sich Wärme, die von einer hohen zu einer niedrigen Temperatur wechselt, in mechanische Arbeit umwandeln lässt. Er entdeckte dabei, dass seine „Luftmaschine“ zyklische Temperatur- und Druckänderungen durchlaufen muss, um funktionieren zu können. Dieser Vorgang wurde als „Carnotscher Kreisprozess“ bekannt, er bildet die theoretische Grundlage aller Wärmekraftmaschinen.

William Thomson (der spätere Lord Kelvin und Namensgeber der internationalen Temperaturskala) und sein Freund, der Bierbrauer James Joule (der Namensgeber der Energieeinheit), arbeiteten jahrelang eng zusammen. Während dieser Zeit wurde der unmittelbare Zusammenhang zwischen Wärme und Energie nachgewiesen. Der von ihnen entdeckte „Joule-Thomson-Effekt“, ermöglichte schließlich die moderne Kältetechnik mit ihren Kühlschränken und Klimaanlagen.

Joule
Kelvin
Der Raumquantenmotor
Watt und die Leistung
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Der Spiegel

© 2005 Rudolf Öller, Bregenz