Hoe werkte de eerste thermometer: knutselexperiment voor kinderen van 9 jaar

Ken je dat? Je voelt je een beetje warm, je hoofd gloeit en je moeder zegt: "Laten we even je temperatuur meten." Ze stopt een digitale thermometer onder je tong en binnen een paar seconden weet je precies hoe warm het is.

Maar vroeger, lang voordat er schermpjes bestonden, moesten wetenschappers heel slim zijn om te meten hoe warm het was. Hoe werkte de allereerste thermometer eigenlijk?

En kun je dat zelf ook maken? Laten we terug in de tijd reizen en knutselen met de wetenschap!

Wat is temperatuur eigenlijk?

Voordat we gaan bouwen, moet je begrijpen wat we meten. Temperatuur zegt iets over hoe snel deeltjes bewegen.

Bewegen deeltjes heel snel? Dan is het warm. Bewegen ze langzaam? Dan is het koud. De eenheid die we in Nederland gebruiken is graden Celsius (°C).

Dat is de schaal die je op bijna alle thermometers ziet staan. De allereerste thermometers waren niet zo slim als die van nu.

Ze waren niet digitaal en hadden geen batterijen nodig. Ze waren gebaseerd op een simpel trucje van de natuur: uitzetten en krimpen.

Dat noem je expansie en contractie. Dat klinkt ingewikkeld, maar het is super simpel. Als je water verwarmt, zet het uit.

Als je water afkoelt, krimpt het. De eerste wetenschappers dachten: "Hey, dat kunnen we gebruiken!"

De allereerste ideeën: Water en een spieker

Heel lang geleden, in de tijd van de oude Grieken, hadden ze geen glazen buisjes.

Ze hadden wel water. Ze zetten een bak water in de zon en keken hoe snel het dampte.

Hoe sneller het dampte, hoe warmer het was. Maar dat is niet heel precies, want wind speelt ook een rol. Dus zochten ze naar iets beters. De volgende stap was een "spieker".

Een spieker is gewoon een kurk of een stukje hout dat drijft op het water.

Als het water in een bak warmer wordt, zet het uit en stijgt het waterpeil. De spieker drijft dan omhoog. Door een streepje te zetten op de rand van de bak, zag je hoe hoog het water stond. Dat was de eerste, primitieve temperatuurmeter!

De uitvinding van het glas: 16e eeuw

Rond 1543 gebeurde er iets revolutionairs. Een Portugese wetenschapper, Antonio Casas Novo, dacht: "Wat als we een glazen buis gebruiken?" Hij maakte een thermometer met een glasbuis gevuld met alcohol. Alcohol is handig omdat het niet snel bevriest en minder snel verdampt dan water.

Hij stopte een kurk (de spieker) in de buis. Toen het warmer werd, zette het alcohol uit en werd de kurk omhoog geduwd.

Dit was veel nauwkeuriger dan een open bak water. De kurk bewoog soepel omhoog en omlaag.

Hij tekende een schaalverdeling op de buitenkant van het glas, zodat je kon aflezen hoe warm het was. Dit was de basis voor bijna alle moderne thermometers. Casas Novo had een slim idee om de meting nog beter te maken.

De truc van de kanalen

Hij bracht kleine kanaaltjes aan in de glasbuis. Zonder die kanaaltjes zou de alcohol soms blijven plakken aan de zijkant of ongelijk verdelen.

Door die kanaaltjes stroomde de vloeistof gelijkmatig. Dat zorgde voor een stuk meer precisie. Een echte uitvinder denkt aan alles!

De Nederlandse bijdrage: Willem Salpingius

Wist je dat Nederland ook een rol speelde in de geschiedenis van de thermometer? In de 17e eeuw leefde hier Willem Salpingius. Hij was een wetenschapper die het ontwerp van de Portugezen verbeterde.

Salpingius gebruikte een dunne glazen buis en vulde die met een mengsel van alcohol en olie.

De olie was belangrijk omdat het de alcohol stabiel hield. De temperatuurmeter kreeg een nieuwe schaalverdeling.

Salpingius baseerde zijn schaal op de lichaamstemperatuur van mensen. De onderste stand was het vriespunt van water, en de bovenste stand was de temperatuur van een gezond mens (rond de 37°C). Dit maakte het makkelijker voor dokters om te meten of iemand koorts had.

De Griekse verbetering: Merkourios

Omstreeks dezelfde tijd leefde er een Griekse wetenschapper, Christos Merkourios. Hij maakte een thermometer die lijkt op die van Salpingius, maar met een slimme aanpassing.

Bij zijn ontwerp zat de spieker vast in een klein openingetje aan de bovenkant van de buis.

Waarom was dat handig? Omdat de lucht in de bovenkant van de buis nu niet kon ontsnappen. De druk bleef constant, waardoor de vloeistof nog gelijkmatiger reageerde op temperatuurverschillen.

Dit ontwerp werd al snel de standaard in Europa. Dokters en wetenschappers vertrouwden op deze nauwkeurige meetmethode.

Hoe werkt een thermometer eigenlijk? Het principe

Door de eeuwen heen zijn thermometers steeds beter geworden. Tegenwoordig zit er meestal rode alcohol of kwik in (hoewel kwik tegenwoordig niet meer gebruikt wordt in gewone thermometers vanwege het milieu).

De vloeistof zit in een heel dun glazen buisje, met aan de onderkant een bolletje.

1. De vloeistof in het bolletje neemt warmte op van de omgeving.
2. De deeltjes in de vloeistof gaan harder bewegen en zetten uit.
3. De vloeistof wordt door de capillaire (hele dunne) buis omhoog gedrukt.
4. De hoogte van de vloeistof correspondeert met een cijfer op de schaal.

Hier is de magie: Als het afkoelt, gebeurt het omgekeerde: de vloeistof krimpt en zakt terug in het bolletje. Zo meet je de temperatuur zonder enige elektronica!

Knutselen: Bouw je eigen thermometer!

Wil je zien hoe dit werkt zonder gevaarlijk glas? We gaan een simpele thermometer maken met spullen die je thuis kunt vinden.

Wat heb je nodig?

• Een lege, doorzichtige plastic fles (bijvoorbeeld een 0,5 liter fles).
• Water (lauwwarm).
• Glycerine (te koop bij de drogist of de apotheek). Dit maakt de vloeistof dikker en zichtbaarder.
• Een rietje (het liefst een wit rietje).
• Klei of kneedgum.
• Veel geduld en een stopwatch (of de klok op je telefoon).

De bouwtekening

Dit experiment laat zien hoe uitzetten en krimpen werkt. Volg deze stappen precies op: Je thermometer is klaar. Nu ga je testen wat er gebeurt.

1. Vul de plastic fles voor ongeveer een kwart met lauw water.
2. Meng er een flinke scheut glycerine doorheen. Roer het goed tot het gemengd is. De glycerine zorgt ervoor dat de vloeistof langzamer beweegt en beter zichtbaar is.
3. Neem het rietje en prik een klein gat in de dop van de fles. Het gat moet net groot genoeg zijn zodat het rietje er strak in past.
4. Doe de dop op de fles en steek het rietje erdoorheen. Zorg dat het rietje niet te ver in de fles steekt (ongeveer 3 centimeter is genoeg).
5. Maak de dop en het gat waterdicht met de klei. Dit is belangrijk! Als de lucht ontsnapt, werkt je thermometer niet. De lucht in de fles moet onder druk staan.

Het experiment: Meten maar!

Als je de fles in het hete water zet, warmt de lucht in de fles op. De luchtdeeltjes bewegen sneller en botsen harder tegen de wanden van de fles.

1. Maak een simpele schaalverdeling op het rietje. Teken met een stift een streepje op het rietje op de plek waar het water nu staat. Dit is je nul-punt.
2. Neem een kom met heet water (niet kokend, maar wel warm). Zet de fles in het hete water. De fles moet stabiel staan.
3. Wacht een minuut en kijk wat er gebeurt met het water in het rietje.
4. Haal de fles uit het hete water en zet hem in een kom met ijskoud water. Wacht weer een minuut.

Wat zie je gebeuren?

Hierdoor zet de lucht uit. Omdat de fles gesloten is, kan de lucht niet ontsnappen.

De druk in de fles wordt hoger en duwt het water in het rietje omhoog! Je ziet de vloeistof stijgen. Als je de fles vervolgens in ijskoud water zet, koelt de lucht in de fles af.

De deeltjes bewegen langzamer en de lucht krimpt. De druk in de fles neemt af, waardoor het water in het rietje weer zakt. Dit is precies hetzelfde principe als bij de glazen thermometer van Casas Novo, maar dan met luchtdruk in plaats van vloeistofuitzetting.

Waarom is deze uitvinding zo belangrijk?

De thermometer veranderde de wereld. Zonder thermometer hadden we geen goede medische zorg gehad.

Dokters kunnen pas zien of iemand koorts heeft als ze kunnen meten. Ook in de keuken is de thermometer onmisbaar.

Bakken is eigenlijk scheikunde: temperatuur bepaalt of je taag luchtig wordt of niet. En denk aan het weer! Weersvoorspellingen zijn alleen mogelijk als we temperatuurverschillen meten. De eerste thermometers waren simpel, maar ze legden de basis voor alle technologie die we vandaag de dag gebruiken.

Conclusie

De eerste thermometer was niet zo ingewikkeld als die van nu. Net zoals wanneer je zelf een waterklok bouwt, was het een kwestie van slim observeren: een glazen buisje met een vloeistof die uitzette en kromp.

Uitvinders als Casas Novo, Salpingius en Merkourios dachten na over hoe je dat het beste kon meten.

Ze speelden met materialen en bedachten nieuwe schaalverdelingen. Door zelf te knutselen met water, glycerine en een rietje, ervaar je hoe de natuurkunde werkt. Het is fascinerend om te zien hoe een beetje warmte een vloeistof kan laten stijgen en dalen. Dus de volgende keer dat je een thermometer in je mond krijgt, weet je precies wat er binnenin gebeurt: een beetje uitzetten, een beetje krimpen, en heel veel wetenschap!