Strastiplná cesta k modernímu teploměru: Jeho počátky sahají do 17. století

Měření teploty a její regulace hraje zásadní roli v mnoha průmyslových odvětvích, při provádění vědeckých experimentů a někdy i třeba při vaření, jak napovídá existence kuchyňských teploměrů. I ve starších dobách si souvislosti zvýšené tělesné teploty s nemocí lidé všímali, vlastně skoro odjakživa – například nejslavnější z antických lékařů, Galén z Pergamu (129–216), pokládal samotnou horečku za nemoc, nikoli příznak onemocnění. Jenže dávní doktoři se museli při zjišťování stavu pacienta spoléhat pouze na vlastní dlaně a skutečnou teplotu změřit nemohli. Zvrat přišel až v první polovině 17. století s vývojem prvních teploměrů a nachomýtl se k němu i proslulý fyzik, filozof a astronom Galileo Galilei – a nebyl zdaleka sám.

Už staří Řekové…

První zařízení schopná zaznamenat změny teploty se objevila už v antice a fungovala na principu teplotní rozpínavosti plynů. Jedno takové popisuje například Filón Byzantský (cca 280–220 př. n. l.). Aparát sestával z olověné baňky naplněné vzduchem, od níž vedla zakřivená trubice do vedle stojící nádoby s vodou. Pokud se baňka zahřála, například vystavením přímému slunečnímu svitu, horký vzduch nabyl na objemu a v nádobě s vodou se objevily bublinky. Pokles teploty naopak vedl k nasátí vody do trubičky. Zda Filón za pomoci svého přístroje dělal i nějaké zevrubnější pokusy s měřením teploty, není zřejmé.

O něco později vytvořil několik podobných přístrojů řecký vynálezce Hérón Alexandrijský (10–75), jenž se mimo jiné proslavil zkonstruováním otáčející se koule poháněné párou proudící ze dvou zahnutých trysek. Předznamenal tak mnohem pozdější využití páry k pohonu strojů, třebaže jeho vynález byl pouhou kuriozitou bez praktického významu. Hérónův aparát umožňující zachytit relativní změny okolní teploty sestával z uzavřené koule, která byla zčásti naplněná vodou a do níž vedly dvě trubice, jedna ve tvaru podkovy, druhá rovná. Obě přitom kouli spojovaly s nádobou vespod, která byla rovněž naplněná vodou. Pokud se koule vystavila působení slunečních paprsků či jinému zdroji tepla, rozpínající se vzduch z ní začal vodu vytlačovat. Naopak po umístnění do stínu se koule ochladila a začala nasávat vodu z druhé nádoby. Hérón svá zjištění uplatnil i v praktické rovině. Na jejich základě vyrobil zařízení pro automatické otevírání chrámových dveří.

Ačkoli Filónovy a Hérónovy přístroje umožňovaly sledovat změny teploty, k jejímu přesnému měření nesloužily a vzhledem k absenci stupnice ani sloužit nemohly. Pozorované relativní změny navíc nebyly ovlivňovány pouze teplotou, ale i atmosférickým tlakem. Spíše než o teploměry v moderním slova smyslu se tak jednalo o termoskopy či barotermoskopy.

Galileovy pokusy

Zrod skutečného teploměru přišel až o patnáct století později a často je spojován se jménem Galilea Galileiho (1564–1642). Ten se mezi lety 1592 až 1603 věnoval pokusům s rozpínáním vzduchu vlivem tepla, které se do určité míry podobaly těm, jež prováděli jeho antičtí předchůdci. O těchto experimentech víme však poměrně málo a v podstatě veškeré informace o nich pocházejí z Galileovy korespondence s kolegy.

Jeho přístroj sestával ze skleněné baňky naplněné vzduchem, která byla trubicí spojena s nádobou obsahující kapalinu. Tou bývala patrně voda či víno. Těleso, jehož teplota měla být zjištěna, se přiložilo k baňce, což vedlo k poklesu či růstu hladiny kapaliny v trubici, podle toho, zda měřené těleso bylo teplejší (vzduch se roztáhl a vytlačil kapalinu), nebo chladnější (objem plynu klesl) než vzduch v baňce. Avšak stejně jako Filónovy a Hérónovy přístroje i ten Galileův nereagoval pouze na změny teploty, nýbrž i tlaku, a ukazoval spíše relativní změny teploty, neboť postrádal jasně definovanou stupnici. Ani v tomto případě se tudíž nejednalo o skutečný teploměr, ale termoskop či barotermoskop.

Dejte mi pevný bod

Zásadní posun k opravdovému teploměru učinil benátský matematik a Galileův blízký přítel Giovanni Francesco Sagredo (1571–1620). Ten vytvořil řadu podobných přístrojů jako Galilei, byť poněkud těžkopádných (skleněná baňka měla obsah „tří až čtyř sklenic“ a spojovací trubice měla šířku prstu), a opatřil je stupnicí. Uváděl, že pokles a růst hladiny byl u jednotlivých přístrojů navzdory odlišným rozměrům srovnatelný, což byl důležitý krok ke standardizaci měření.
V létě prý jeho teploměr ukazoval asi 360 stupňů, ve sněhu naměřil 100 stupňů a teplota sněhu se solí v jeho případě činila 0 stupňů. Zdá se tedy, že právě stabilní hodnoty naměřené teploměrem ve sněhu smíchaném se solí a ve sněhu samotném Sagredo použil jako takzvané fixní body, které mu umožnily jednotlivé přístroje kalibrovat. To bylo klíčové, byť tvůrci pozdějších stupnic zvolili poněkud odlišné fixní body (viz Není stupeň jako stupeň). Sagredo také od roku 1615 pomocí svých teploměrů prováděl pravidelná meteorologická pozorování, a na základě získaných dat mohl porovnávat teploty v různých obdobích roku napříč několika lety, což bylo do té doby něco těžko představitelného.

Dva fixní body ke kalibraci svých přístrojů podle všeho používal i italský lékař a vynálezce Santorio Santorio (1561–1636), který mezi lety 1611 a 1624 vyučoval medicínu na Padovské univerzitě, kde působil i Galilei. Santorio používal teploměr, který fungoval na podobném principu jako přístroje, jež sestrojili Sagredo a Galilei, a jako fixní body k vytvoření standardizované stupnice mu sloužila teplota sněhu a teplota plamene svíčky. Popis svého prvního aparátu pro měření teploty, který zřejmě vynalezl nezávisle na výše uvedených učencích, publikoval už roku 1612 ve spisu Commentaria in artem Medicinalem Galenis (Komentáře ke Galénovu lékařskému umění). Jedná se o vůbec první oficiální popis takového přístroje. Santorio také jako první „teploměr“ používal k lékařským účelům, tedy k měření teploty pacienta a usuzování na přítomnost nemoci při zvýšené teplotě (pacient baňku držel v rukou či si ji umístil do úst, jak se to dělá s moderními teploměry).

Úsvit kapalinových teploměrů

Všechny výše uvedené teploměry fungovaly na bázi teplotní rozpínavosti vzduchu, stejně jako řada dalších modifikovaných aparátů, jež vznikly v následujících letech. Příkladem může být „teploměr“ anglického lékaře Roberta Fludda (1574–1637), jenž Galileův přístroj opatřil stupnicí rozdělenou na dvanáct dílků a vodu (či víno) nahradil roztokem síranu měďnatého (modrá skalice).

Termoskopům a „prototeploměrům“ využívajícím teplotní rozpínavosti vzduchu nicméně začaly brzy konkurovat přístroje kapalinové. Ten první podle všeho zkonstruoval francouzský lékař Jean Rey (1583–1645) v roce 1632 a sloužil k měření tělesné teploty pacientů. Podobal se Galileovu termoskopu, ale obrácenému vzhůru nohama. Vespod byla baňka naplněná vodou a od ní vedla dlouhá tenká trubice se stupnicí. Stoupající teplota způsobila rozpínání kapaliny, což se projevilo zvyšováním její hladiny v trubici. Ani Reyův přístroj ale nebyl uzavřený, a opět se tak jednalo spíše o barotermoskop.

Klíčovou událostí na cestě k dnešnímu teploměru byly pokusy italského fyzika a matematika Evangelisty Torricelliho (1608–1647) a jeho žáka Vincenza Vivianiho (1622–1703), kteří sestrojili první rtuťový barometr a ukázali, že měření prováděná výše popsanými termoskopy a „prototeploměry“ jsou vedle teploty ovlivňována také atmosférickým tlakem. Torricelli následně vyrobil jeden z první uzavřených kapalinových teploměrů, avšak možná nikoliv ten vůbec první. Vynález uzavřeného kapalinového teploměru, v němž byl indikační kapalinou líh, se obecně připisuje toskánskému vévodovi Ferdinandu II. Medicejskému (1610–1670) a má se za to, že jej vyrobil nejpozději roku 1641.

Společnost experimentu

Zásadní úlohu při dalším vývoji teploměru sehrála jedna z prvních vědeckých společností, italská Accademia del Cimento (Akademie experimentu), kterou v roce 1657 založili Ferdinand II. Medicejský a jeho bratr Leopoldo. Výsledky, jichž členové akademie na poli měření teploty a výroby teploměrů během deseti let dosáhli, byly zveřejněny ve spisu nazvaném Saggi di naturali esperienze (Eseje o přírodních experimentech).

Dílo popisuje řadu uzavřených lihových teploměrů opatřených stupnicemi rozdělenými do padesáti až tří set dílků, úvahy o kladech a záporech různých teploměrných kapalin (voda, líh, rtuť a jiné) a také velké množství pokusů, jejichž cílem bylo standardizovat teploměry tak, aby měření jimi prováděná byla porovnatelná bez ohledu na to, kdy a kde proběhla. Právě to bylo nezbytnou podmínkou, aby se teploměr mohl následně stát důležitým vědeckým, lékařským či meteorologickým nástrojem.

TIP: Dobrodružství na stupnici: Z nuly na sto v podání Anderse Celsia

Ačkoli teploměry v následujících stoletích prošly ještě řadou proměn a například kdysi hojně používaná rtuť byla nedávno jako teploměrná kapalina zakázána, základy současných teploměrů byly položeny právě v sedmnáctém století a pozdější vývoj zahrnoval už víceméně jen úpravy existujícího „plánu“.