Flüssigkeitsthermometer: Aufbau, Funktion und Arten

Die ersten richtigen Flüssigkeitsthermometer mit ablesbarer Skala hat Daniel Gabriel Fahrenheit zwischen 1715 und 1720 gebaut. Als Messflüssigkeit verwendete er Quecksilber – daher auch der Name Quecksilberthermometer.

Flüssigkeitsthermometer Aufbau

Flüssigkeitsthermometer bestehen aus einem Vorratsgefäß und einem daran angeschlossenen Steigrohr, auch Kapillare genannt. Das Vorratsgefäß ist mit einer thermometrischen Flüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit dehnt sich mit steigender Temperatur aus und füllt so das Steigrohr.

Am Messfaden (Flüssigkeit in der Kapillare) kannst Du nun mit Hilfe der Skala die Temperatur ablesen.

Sowohl im Labor als auch in der Industrie kommen meist Flüssigkeitsthermometer aus Glas zum Einsatz, die wir deshalb auch Glasthermometer nennen.

Thermometer Aufbau: schematische Darstellung Flüssigkeitsthermometer-Aufbau

Thermometrische Flüssigkeit

Als Messflüssigkeit kam – wie ursprünglich auch bei Daniel Gabriel Fahrenheit – bis ins späte 20. Jahrhundert hauptsächlich Quecksilber zum Einsatz. Es dehnt sich über einen weiten Temperaturbereich nahezu linear aus und bildet einen gut ablesbaren Messfaden. Allerdings ist es für Mensch und Tier hochgiftig, daher sind Quecksilberthermometer in der EU mittlerweile weitestgehend verboten. Deshalb kommen heute je nach Temperaturbereich verschiedene andere thermometrische Flüssigkeiten zum Einsatz – beispielsweise Alkohol.

Organische Messflüssigkeiten sind meist rot, grün oder blau eingefärbt. Eine metallische Messflüssigkeit wie Quecksilber oder Galinstan erkennst Du an ihrem silbrigen Glanz.

Justierung: teilweise oder ganz eintauchend

Flüssigkeitsthermometer werden bei der Herstellung unterschiedlich justiert: teilweise eintauchend oder ganz eintauchend. Wenn Du beispielsweise die Temperatur einer heißen Flüssigkeit messen möchtest, musst Du unbedingt auf die Justierung achten.

Ganz eintauchend

Ein ganz eintauchend justiertes Glasthermometer zeigt die Temperatur nur dann korrekt an, wenn der Messfaden komplett ins Medium eingetaucht wird. Wenn das nicht möglich ist, kannst du entweder ein teilweise eintauchendes Thermometer verwenden oder die Fadenkorrektur berechnen.

Ein ganz eintauchend justiertes Flüssigkeitsthermometer zeigt die Temperatur nur dann korrekt an, wenn es vollständig eingetaucht ist.
Wenn es nur teilweise eingetaucht wird, zeigt das ganz eintauchend justierte Thermometer eine zu niedrige Temperatur an.

Teilweise eintauchend

Wenn ein Flüssigkeitsthermometer teilweise eintauchend justiert ist, erkennst Du das an einer Markierung am Schutzrohr. Es zeigt nur dann die korrekte Temperatur an, wenn Du es bis zur Markierung ins Medium eintauchst.

Bauformen für verschiedene Anwendungen

Stabthermometer

Das Stabthermometer ist ein Flüssigkeitsthermometer mit einer besonders robusten, dickwandigen Kapillare. Die Skala ist direkt auf der Kapillare angebracht bzw. ins Glas geätzt. Es kommt beispielsweise als Rührthermometer zum Einsatz. Das Thermometer in Stabform gilt als vergleichsweise robust, v.a. im Vergleich zum Einschlussthermometer.

Thermometer Arten: Stabthermometer haben eine besonders robuste, dickwandige Kapillare

Einschlussthermometer

Das Einschlussthermometer ist ein Flüssigkeitsthermometer, das aus mehreren Teilen besteht: einer Kapillare, einem Skalenträger mit Skala und einem dünnwandigen Glasrohr rundherum. Ein Thermometer in Einschlussform ist zwar weniger robust, aber besser ablesbar als ein Stabthermometer.

Thermometer Arten: Einschlusthermometer bestehen aus Vorratsgefäß, Kapillare, Skalenträger mit Skala und einem Schutzrohr aus Glas

Stockthermometer

Das Stockthermometer ist ein Flüssigkeitsthermometer, das auf dem Einschlussthermometer basiert. Es hat eine lange, meist verjüngte Messspitze. Die Länge dieser Spitze variiert mit der gewünschten Eintauchtiefe. So kannst Du beispielsweise vergleichsweise tief in Flüssigkeiten messen und dabei dennoch die Skala ablesen.

Thermometer Arten: Stockthermometer sind Einschlussthermometer mit langer, verjüngter Messspitze

Schliffthermometer

Das Schliffthermometer ist ein Laborthermometer mit Flüssigkeitsfüllung, das auf dem Einschlussthermometer basiert. Oberhalb des Vorratsgefäßes hat es einen Schliff. Für die Nicht-Chemiker unter uns: „Schliff“ oder „Normschliff“ nennen Chemiker das Verbindungsstück zwischen zwei Glasgeräten.

Thermometer Arten: Schliffthermometer sind Einschlussthermometer mit Schliff zur Verbindung mit anderen Glasgeräten

Beckmann-Thermometer

Das Beckmann-Thermometer – ebenfalls ein klassisches Glasthermometer – findest Du heute primär in Museen. Lange Zeit war es in der Chemie aufgrund seiner hohen Auflösung wichtig bei der exakten Bestimmung z.B. von Siedepunkten. Heute kommen stattdessen elektrische Widerstandsthermometer wie Pt100 und Pt1000 zum Einsatz.

Minimum-Thermometer

Das Minimum-Thermometer ist ein Flüssigkeitsthermometer zur Bestimmung der Tiefsttemperatur in einem bestimmten Zeitraum. Es gehört zum Standard-Repertoire in der Meteorologie. In der Kapillare ist zusätzlich zur Messflüssigkeit (Alkohol) ein kleines Glasstäbchen (in der Illustration in blau). Dieses Stäbchen bleibt beim Erreichen jeder neuen Tiefsttemperatur dort liegen (Zustand 2 in der Illustration), auch wenn die Temperatur anschließend wieder steigt (Zustand 3 in der Illustration). Zurücksetzen kannst Du das Minimum-Thermometer, indem Du es neigst – dann schwimmt das Glasstäbchen wieder nach oben (Zustand 1 in der Illustration).

Minimum-Thermometer in drei Zuständen: 1) zurückgesetzt -- 2) bei Tiefsttemperatur -- 3) Temperatur steigt wieder, Tiefsttemperatur bleibt ablesbar

Maximum-Thermometer

Das Maximum-Thermometer ist ein Flüssigkeitsthermometer zur Bestimmung der höchsten Temperatur in einem bestimmten Zeitraum. Wie das Minimum-Thermometer gehört es zum Standard-Repertoire in der Meteorologie. Aber auch zur Körpertemperaturmessung (Fieber) kommen Maximumthermometer zum Einsatz.

Im Gegensatz zum Minimumthermometer kommt es ohne ein zusätzliches Glasstäbchen aus. Stattdessen ist hier die Kapillare über dem Vorratsgefäß so verengt, dass der Messfaden beim Abkühlen dort abreißt (Zustand 3 in der Illustration). So bleibt die Höchsttemperatur weiterhin ablesbar. Zum Zurücksetzen schüttelst Du das Maximum-Thermometer einfach, bis der Faden wieder unterbrechungsfrei zusammenhängt (Zustand 1 in der Illustration).

Maximum-Thermometer in drei Zuständen: 1) zurückgesetzt -- 2) bei Höchsttemperatur -- 3) Temperatur fällt wieder, Höchsttemperatur bleibt ablesbar

Globe-Thermometer

Das Globe-Thermometer ist ein hilfreiches Instrument zur Messung der Strahlungswärme. Die Strahlungstemperatur hat neben der Lufttemperatur und der Luftfeuchte einen wesentlichen Einfluss auf das Wohlgefühl von Mensch und Tier. 

Erkennbar ist das Globe-Thermometer an seiner charakteristischen schwarzen Hohlkugel. Wärmestrahlung wie die von der Sonne erwärmt die Kugel. In der Kugel steckt entweder ein Flüssigkeitsthermometer, ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement und misst die Strahlungstemperatur.

Globe-Thermometer mit Messstelle in einer Kunststoff-Hohlkugel zur Messung der Strahlungstemperatur

Kata-Thermometer

Wie das Globe-Thermometer ist auch das Katathermometer ein Instrument der Biometeorologie zur Behaglichkeitsmessung. Es dient zur Ermittlung der Abkühlungsgröße (Kata-Wert).

Das Flüssigkeitsthermometer wird auf >38°C erwärmt. Anschließend wird die Zeit gemessen, wie schnell der Messfaden von 38 °C auf 35 °C absinkt. In Abhängigkeit von Lufttemperatur, Luftfeuchte und Luftbewegung geht das mehr oder weniger schnell.

Schöpfthermometer

Das Schöpfthermometer ist ein Thermometer zur Messung von Wassertemperaturen. Es besteht aus einem Gehäuse mit einer Messkammer und einem Flüssigkeitsthermometer. Mit Hilfe der Messkammer schöpfst Du Wasser aus der gewünschten Tiefe. Anschließend hebst Du das Schöpfthermometer aus dem Wasser und liest die Temperatur ab.