51° 45′ 15.95″ N, 1° 15′ 18.68″ W
Etwas abseits der Broad Street im Zentrum Oxfords liegt ein altes Wissenschaftsmuseum. Seit 1683 sammelt das Museum of the History of Science wissenschaftliches Wissen und Apparate für die Öffentlichkeit. Die Museumssammlung umfasst die Wissenschaft von der Antike bis ins 20. Jahrhundert und reicht von einfachen Exponaten (wie die Sammlung Platonischer Körper) bis hin zu komplizierten und wunderschönen Geräten (z. B. die Sammlung von Sternhöhenmessern aus dem 9. Jahrhundert).
Die Sammlung umfasst 15000 Stücke. Diese ausgestellten Stücke werden auf drei Etagen in makellosen Schränken präsentiert. Es gibt viel zu sehen – Sie sollten für den Besuch ein paar Stunden einplanen.
Das kultigste Ausstellungsstück des Museums ist eine Wandtafel, die Einstein während einer Vorlesung in Oxford im Jahr 1931 verwendet hat (siehe Abbildung 56.1). Die Tafel zeigt Einsteins Berechnung des Alters des Universums, basierend auf dessen Ausdehnung. Er schätzte es auf 10 Milliarden Jahre. (Der heute anerkannte Wert liegt irgendwo zwischen 12 und 14 Milliarden Jahren.)
Das Museum ist ein Haltepunkt des Oxford Science Walks, der durch das Oxforder Zentrum verläuft. (Ein Büchlein zu diesem Weg können Sie im Museum erwerben.) Der erste Halt auf dem Weg ist der Botanische Garten, der 1648 angelegt wurde. Er ist immer noch gut in Schuss und selbst bei schlechtem Wetter kann man viel Zeit in den Gewächshäusern verbringen, die so warm sind, dass hier Palmen wachsen.
Der nächste Halt ist das Penicillin Memorial und Rose Garden. Hier ist der Isolation und der Aufbereitung des Penicillins durch den Australier Howard Florey und den Deutschen Ernst Chain ein Denkmal gesetzt. Ein paar Haltepunkte später finden Sie eine Gedenktafel auf der High Street, die den Standort des Labors von Robert Boyle und Robert Hooke markiert. Hier formulierte Boyle sein Gesetz und Hooke entwickelte an diesem Ort eine effiziente Luftpumpe.
Auf der New College Lane geht es weiter zum Haus von Edmond Halley. Halley ist wegen des nach ihm benannten Kometen bekannt, doch er interessierte sich auch für das Erdmagnetfeld, den Einfluss der Höhe auf den Luftdruck, den Salzgehalt der Ozeane und für Optik. Er hat auch Newton dazu ermuntert, seine Principia Mathematica zu veröffentlichen.
Der Weg führt am Wadham College vorbei, in dem sich John Wilkins, Christopher Wren, Robert Boyle, John Wallis und andere trafen, um über Naturphilosophie zu diskutieren. Später gründeten sie die Royal Society in London.
Ein weiterer Haltepunkt ist das Universitätsmuseum, das formell Oxford University Museum of Natural History heißt und der Geologie, Mineralogie, Zoologie und Entomologie (Insektenkunde) gewidmet ist. Auf dem Rasen vor dem Museum finden Sie ein paar nette Fußabdrücke eines Megalosaurus, dessen Knochen in einem Steinbruch in der Nähe von Oxford gefunden wurden.
Der Eintritt in das Museum of the History of Science ist frei. Details zu dessen Lage und zur Sammlung finden Sie unter http://www.mhs.ox.ac.uk/. Informationen zum Science Walk finden Sie auf http://www.mhs.ox.ac.uk/features/walk/.
Boyle und die Gasgesetze
Robert Boyle ist für sein Gesetz bekannt, nach dem Druck und Volumen eines Gases bei konstanter Temperatur umgekehrt proportional zueinander sind. Dies lässt sich in einer Gleichung formulieren, die den Druck P, das Volumen V und eine unbekannte Konstante k (Gleichung 56.1) zueinander in Bezug setzt.
Boyle veröffentliche sein Gesetz 1662, nachdem er mit seinem Assistenten Robert Hooke an einer Luftpumpe experimentierte.
1787 entdeckte der französische Wissenschaftler Jacques Charles (besser bekannt für seine Experimente mit Wasserstoff-Ballons) ein Gesetz: Wenn man eine gegebene Menge Gas unter gleichbleibendem Druck erwärmt, ist sein Volumen direkt proportional zu seiner Temperatur. Dieses Gesetz ist heute als das Gesetz von Chales oder das Charlessche Gesetz bekannt. Der Sachverhalt lässt sich auch in einer Gleichung formulieren, die das Volumen V, die Temperatur T und eine weitere unbekannte Konstante k miteinander in Beziehung setzt (Gleichung 56.2).
Ein anderer Franzose, Joseph Louis Gay-Lussac, veröffentlichte sein Gasgesetz (das natürlich Gay-Lussac-Gesetz heißt) im Jahre 1802. Dieses Gesetz besagt, dass bei einem Gas mit konstantem Volumen der Druck proportional zur Temperatur ist. Die entsprechende Gleichung setzt den Druck P, das Volumen V und eine unbekannte Konstante k (Gleichung 56.3) zueinander in Bezug.
Kombiniert man alle drei Gesetze, kann man daraus ein einziges ableiten: Das Verhältnis zwischen dem Produkt aus Druck und Volumen und der Temperatur bei einer konstanten Menge Gas ist konstant (siehe Gleichung 56.4).
Der einzige fehlende Teil ist die unbekannte Konstante k. 1834 wurde, basierend auf Avogadro, ein Gesetz formuliert, das als Ideales-Gas-Gesetz bezeichnet wird. Bei einem idealen Gas haben die Moleküle kein Volumen, es gibt keine Kräfte zwischen den Molekülen und nur eine zufällige Molekülbewegung. Avogadros Gesetz besagt, das bei idealen Gasen gleiche Gasmengen mit gleichem Druck und gleicher Temperatur die gleiche Anzahl an Molekülen aufweisen. Mit Hilfe dieses Gesetzes ist es möglich, die unbekannte Konstante in unserem kombinierten Gasgesetz einzusetzen.
Im Gesetz für das ideale Gas (Gleichung 56.5) wird die Konstante k durch nR, dem Produkt der Anzahl der Gasmoleküle n und der universellen Gaskonstante R, ersetzt. Ohne Unbekannte kann das Gesetz für ideale Gase nun auch bei realen Berechnungen eingesetzt werden.
Denn obwohl das Gesetz für ein ideales Gas auf einem fiktiven idealen Gas basiert, ist es so nah am tatsächlichen Verhalten realer Gase, dass es häufig von Ingenieuren verwendet wird.