Der im 18. Jahrhundert lebende Anatom und Geburtshelfer William Hunter (der Bruder von John Hunter; siehe Kapitel 64) hinterließ das Geld für den Bau des Hunterian Museum in Glasgow. Er stellte auch den Kern seiner Sammlung zur Verfügung – seine medizinische Ausrüstung und seine Proben sowie eine weitreichende Sammlung von Kunstwerken, Münzen, Büchern und Mineralien. In den 200 Jahren seines Bestehens hat das Museum seine Sammlung wissenschaftlicher und künstlerischer Exponate stark erweitert und zeigt auch eine bedeutende Ausstellung der Arbeit eines anderen großen Glasgowers, William Thomson (besser bekannt als Lord Kelvin).
William Hunter führte die Nutzung von Leichen im Unterricht von Medizinstudenten ein. Er spezialisierte sich schließlich auf die Geburtshilfe und veröffentlichte seine illustrierte Anatomy of the Human Gravid Uterus im Jahr 1774 (siehe Abbildung 73.1).
Das Museum ehrt Hunter durch die Ausstellung von dessen eigener Sammlung. Dabei bilden seine medizinische Ausrüstung und seine pathologischen Präparate einen besonderen Schwerpunkt. Die Sammlung umfasst auch frühe Röntgen- und Ultraschallgeräte. Der zeitgemäße Teil der Ausstellung befasst sich mit dem MRSA-Bakterium (dem multiresistenten Staphylococcus Aureus), dem wegen seiner Arzneimittelresistenz nur schwer beizukommen ist, sowie der Glasgow Coma Scale (einer Skala von 3 bis 15 zur Abschätzung von Bewusstseinsstörungen).
William Thomson wurde in Belfast geboren und kam nach Glasgow, als sein Vater eine Professur für Mathematik an der Universität antrat. Thomson ging an die Universität Cambridge und machte eine spektakuläre Karriere, die sowohl theoretische als auch praktische Arbeiten umfasste. Das Hunterian Museum beschreibt ihn als größten Glasgower Wissenschaftler, was zweifellos stimmt. Sein Wirken reichte jedoch weit über Glasgow hinaus und die Einflüsse sind bis in die heutige Zeit erkennbar.
Zu Lord Kelvins praktischen Erfindungen zählt ein Spiegelgalvanometer, der zur Verbreitung von Telegrafen in allen Teile des Britischen Empires führte (siehe Der Spiegelgalvanometer). Kelvin steht auch für die Standard-Temperatureinheit (siehe Kasten), er schuf den Begriff »kinetische Energie«, konstruierte ein hochgenaues Gerät zur Gezeitenvorhersage und war der Mentor von James Clerk Maxwell (siehe Kapitel 35). Er gehört zu den bedeutendsten Wissenschaftlern aller Zeiten, zusammen mit Newton, Einstein und Faraday. Sein Grab befindet sich in der Westminster Abbey neben dem von Newton.
Eine der am häufigsten übersehenen Erfindungen Kelvins ist sein Kompass (Abbildung 73.3). 1874 schrieb und dozierte er ausgiebig über magnetische Kompasse, den magnetischen Nordpol (siehe Kapitel 128) und Probleme der Navigation. Sein Kompass war einerseits besonders empfindlich und konnte andererseits doch den ungünstigen Bedingungen trotzen, die für gewöhnlich auf hoher See herrschen. Es war sogar eine Feinabstimmung möglich, durch die die magnetische Ablenkung durch das Eisen in der Schiffskonstruktion beseitigt wurde. Dazu wurde ein kleiner Magnet in der Nähe des Kompasses platziert, wodurch das Schiffsmagnetfeld aufgehoben wurde.
Die Kelvin-Sonderausstellung des Museums umfasst seine Original-Gerätschaften und eine Reihe praktischer Experimente, die sich besonders für Schulkinder eignen. Abgesehen von einer seltsam furchterregenden Kelvin-Puppe, die ein wenig deplatziert wirkt, wird Kelvins theoretische und praktische Arbeit in der Ausstellung sehr gut erklärt.
Temperaturmessung
Der Name Lord Kelvins ist zum Teil so bekannt, weil er für die internationale Standardeinheit der Temperatur, das Kelvin, verwendet wird. Bei den meisten wissenschaftlichen Arbeiten hat das Kelvin Celsius und Fahrenheit verdrängt.
Die Fahrenheit-Skala wurde 1724 vom deutschen Physiker Daniel Gabriel Fahrenheit eingeführt. Er entwickelte seine Skala, so zumindest eine Variante der Geschichte, indem er drei interessante Punkte festlegte: 0°F, 32°F und 96°F. Fahrenheit legte 0°F als Temperatur für eine Mischung aus Wasser, Eis und Ammoiumklorid fest. Tatsächlich war diese Mischung zu jener Zeit weit verbreitet, um eine feste niedrige Temperatur zu erzeugen, da sie automatisch eine bestimmte Temperatur erreicht und bei dieser verweilt.
32°F war der Gefrierpunkt reinen Wassers und 96°F die Körpertemperatur eines »gesunden Menschen« (gemessen unter seinem Arm). Eine spätere Rekalibrierung der Skala führte zu einer Standard-Körpertemperatur eines gesunden Menschen von 98.6°F.
Um 1742 schlug der Schwede Anders Celsius eine andere Skala vor, bei der 100°C der Gefrierpunkt und 0°C der Siedepunkt von Wasser war. Er hob hervor, dass der Siedepunkt des Wassers durch den Luftdruck beeinflusst wird und dass die Bestimmung von 0°C bei durchschnittlichem Druck und auf Meeresniveau erfolgen sollte. Kurze Zeit später wurde die Skala umgekehrt, woraus die uns heute vertraute Form der Celsius-Skala resultierte.
1848 schrieb Lord Kelvin einen Aufsatz mit dem Titel On an Absolute Thermometric Scale und empfahl darin einen radikal anderen Blick auf die Temperatur, der auf ihrer tatsächlichen Natur selbst basieren sollte. Kelvins Aufsatz empfahl eine Temperaturskala, die auf der niedrigsten möglichen Temperatur basierte. Heute bezeichnen wir diese als den absoluten Nullpunkt.
Temperatur entsteht durch die Bewegung von Partikeln. Die Temperatur der Luft entsteht beispielsweise durch die zufällige Bewegung der Luftmoleküle – je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle und prallen entsprechend voneinander ab. Der absolute Nullpunkt ist die Temperatur, bei der diese Bewegung an einem Minimum angelangt ist und sich nicht weiter verringern kann.
Bei der Definition seiner Temperaturskala verwendete Kelvin den absoluten Nullpunkt als Nullpunkt und die gleiche Abstufung wie Celsius. Er berechnete den absoluten Nullpunkt mit–273°C. Heute liegt der akzeptierte Wert bei –273.15°C. Der Gefrierpunkt des Wassers liegt also bei 273.15 K und sein Siedepunkt bei 373.15 K.
Um die Kelvin-Skala genau zu definieren, werden heute zwei Werte verwendet – der absolute Nullpunkt und der Tripelpunkt des Vienna Standard Mean Ocean Water. Nach der offiziellen Definition ist das Kelvin »der 1273,16-te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers«.
Der Tripelpunkt des Wassers (Abbildung 73.2) ist gekennzeichnet durch eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck, bei der bzw. dem alle der drei klassischen Aggregatzustände des Wassers (flüssig, fest, gasförmig) gleichzeitig vorhanden sind. Dies ist bei 273,16 K (0.01°C) und einem Druck von 611,73 Pascal der Fall. Bei dieser Temperatur und diesem Druck kann der Aggregatzustand des Wassers durch die Änderung des Drucks oder der Temperatur in jeden anderen Zustand wechseln.
Natürlich ändert sich der Tripelpunkt abhängig von der tatsächlichen Zusammensetzung des Wassers. Daher wurde die Spezifikation des Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOR) eingeführt. Beim VSMOR handelt es sich um eine genaue Definition der Zusammensetzung reinen Wassers mit exakt festgelegten Anteilen an Wasserstoff- und Sauerstoff-Isotopen (wie sie in realem, durchschnittlichem Meerwasser vorhanden sind). Trotz des »Ozeans« im Namen handelt es sich um reines Wasser – es sind keine Salze oder Mineralien vorhanden.
Da der Tripelpunkt des Wassers feststeht, wird er häufig als Eichpunkt für Thermometer genutzt. Dazu platziert man das Thermometer in einer Tripelpunktzelle – eine geschlossene Röhre, die fast vollständig mit Wasser gefüllt ist, während der restliche Raum nur Wasserdampf enthält.
Die Zelle enthält einen Schlitz zur Aufnahme des Thermometers. Um das Wasser zum Tripelpunkt zu bringen, wird die gesamte Zelle bis nahe an den Gefrierpunkt heruntergekühlt. Dann wird Trockeneis in den Schlitz eingeführt, wodurch das Wasser um den Schlitz gefriert. Sobald sich dieser Eismantel um ein paar Millimeter ausbreitet, wird das Trockeneis entfernt und eine warme Metallprobe wird kurz in den Schlitz eingeschoben. Der Eismantel schmilzt leicht und schwimmt im Wasser. An diesem Punkt sind Wasser, Eis und Gas gleichzeitig in der Röhre vorhanden, und das Thermometer kann präzise kalibriert werden.
Das Museum nutzt auch Multimedia, um das Leben Kelvins noch tiefgehender zu erläutern, und bietet außerdem die Möglichkeit, die entsprechenden Gerätschaften noch eingehender zu untersuchen. Mittels rechnergestützter Animationen wird Kelvins Arbeit zusätzlich veranschaulicht.
Die Website des Hunterian Museums finden Sie unter http://www.hunterian.gla.ac.uk/. Der Eintritt ist frei. Eine nützliche Online-Quelle zu Kelvins Forschung ist Scran (http://www.scran.ac.uk/), eine suchfähige Datenbank mit den Objekten schottischer Museen – suchen Sie einfach nach »Lord Kelvin«.