l’invenzione del termometro

La parola termometro ha origine dal termine greco therme ossia “calore” e metron  “misura” e indica quindi quello strumento che serve a misurare la temperatura basandosi sul principio della dilatazione dei corpi per effetto del calore; venne utilizzata per la prima volta dal matematico e filosofo francese Jean Leuréchon nella sua opera Récréation mathématique  pubblicata nel 1629, anonima ma con una prefazione di un suo allievo al quale è stata perciò erroneamente attribuita sia l’opera sia, di conseguenza, la paternità del termine.

Furono i Greci con Galeno prima e con Erone successivamente a porsi le domande sulla temperatura dei corpi e sulle modalità più appropriate per  dare ad essa una giusta misura.

Fondamentale nel processo di avvicinamento alla invenzione del termometro è l’esperienza di Erone (I secolo d.C.) che realizzò un gioco meccanico basato sugli effetti della dilatazione termica dell’aria provocata dal sole. La descrizione di questo esperimento è riportata nella sua opera Pneumatica il cui testo originale è andato perduto ma le cui traduzioni arabe e latine cominciarono a diffondersi nell’Europa del XVII secolo. In Italia venne tradotta e pubblicata  da G.B. Aleotti nel 1647 (Gli artificiosi e curiosi moti spiritali di Herone)  sotto forma di teorema dal titolo Che a goccia a goccia stilli l’humido spinto da penetranti raggi del sole.

Ancor prima della traduzione dell’opera di Erone da parte di Aleotti  tra la fine del ‘500 e l’inizio del ‘600 si hanno le prime notizie sulla costruzione di strumenti simili oppure di veri e propri termoscopi (a differenza dei termometri  sono in grado solo di dare indicazioni sullo stato termico di un corpo, ma non a misurarne la temperatura).

Nel primo caso ne abbiamo una testimonianza indiretta attraverso una lettera che Giuliano de Medici invia nel 1610 a Galileo nella quale riferisce che: qui ci è un Fiammingho che viene d’Inghilterra, che pretende havere trovato il moto perpetuo; et havendone solo prima dato un istrumento al Re d’Inghilterra, ne ha adesso dato un altro a S. M.tà Cesarea, che mostra di pregiarsene molto et ha caro che non lo comunichi con altri: et consiste, questo moto d’aqua che in un cannello, fatto quasi in forma di luna, va hora in su et hora in giù da una banda a l’altra;  et il Sig. Gleppero (Keplero ndr) non ci ha una fede al mondo, se non vede come gli sta. (cfr Le Opere di Galileo vol. X edito nel 1965).

La prima descrizione con relativa immagine di un termometro è opera invece di Bartolomeo Telioux, ingegnere romano,  che nel 1611 è autore di un manoscritto dal titolo la Mathematica Maravigliosa ove si vedono li più vaghi et dilettevoli artificii conservato nella  Bibliothèque de l’Arsenal di Parigi. Viene per la prima volta tradotto in italiano e pubblicato  nel 1841 da Guillaume Libri all’interno del suo libro dal titolo  Histoire Sciences Mathematiques en Italie.

La descrizione dello strumento inizia con il titolo  “Instrumento composto da due fiale col quale si conosce il cambiamento del tempo in caldo o in freddo secondo gradi o minuti“.

Quindi continua: Habbiasi due fialle di collo lungo al meno d’un piè, una sia un poco più grossa dell’altra acciô che possa entrar dentro, poi empila la più grossa, intanto che resti la quarta parte del corpo vota, metti dentro la più piccola in modo che l’orificio del collo sia tanto dentro l’acqua che non possa pigliare aria, cosi vederai che l’acqua scenderà o calerà secondo il caldo o il freddo che farà. Perché il caldo facendo gonfiar l’acqua bisogna un luogo più capace, et cosi l’acqua stretta per la stretezza del collo ascende in alto, poi venendo il freddo condensa l’acqua rarefatta la qual desiderando manco luogo cala al basso. Si giudica la varietà del cambiamento per li gradi e minuti a posta messi a lato.

La scala del termometro di  Telioux è suddivisa in otto gradi ognuno dei quali è ulteriormente suddiviso in sei parti. 

Critiche sono state fatte  a proposito della reale capacità di un tale strumento a misurare le variazioni di temperatura nè d’altronde sappiamo se alla fase “progettuale” abbia fatto seguito quella “sperimentale”, rimane comunque il fatto che il manoscritto di Telioux contiene la prima descrizione di un termometro.

Taluni storici attribuiscono a Galileo la paternità  della invenzione del termometro. Nella realtà non abbiamo dimostrazione della descrizione  di un tale strumento  in alcuna parte dell’opera di Galileo. La conferma di un eventuale   ruolo che egli ebbe in questa invenzione ci perviene solo indirettamente da varie corrispondenze che intercorsero tra lo scienziato ed altri colleghi oppure  attraverso notizie di seconda mano.

In una lettera del 1612 G. Sagredo, scienziato ed amico, dava notizia  a Galileo del termometro di Santorio. Non ci è pervenuta la risposta  di Galileo ma sappiamo che in una successiva missiva del 9 Maggio 1613 Sagredo scrive: L’istrumento per misurare il caldo inventato da V.S.E. è stato da me ridotto in diverse forme assai comode e squisite, intanto che la differenza di temperie da una stanza all’altra si vede fin cento gradi…  Questo lascia supporre che in precedenza Galileo avesse avanzato diritti sulla paternità dell’invenzione. In una ulteriore lettera datata 15 marzo 1615 sempre Sagredo scrive: All’istrumento per misurare li temperamenti , io sono andato giornalmente aggiungendo e mutando… Ma perchè, come Ella mi scrisse, e io certamente credo, V.S.E. n’è stata il primo autore e inventore, perciò credo che gli strumenti fatti da lei e dal suo squisitissimo artefice avanzino di gran lunga i miei etc.

Anche Padre Benedetto Castelli monaco e fisico in una lettera del 1638 indirizzata a Mons Cesarini attribuisce la paternità del termometro a Galileo allorquando menzionando l’esperimento di Erone riferisce che: del quale effetto poi, il medesimo signor Galileo si era servito per fabbricare un istrumento da esaminare i gradi del caldo e del freddo.

Fornisce a tal proposito anche un disegno dello strumento di Galileo riprodotto a lato.

Sempre secondo Castelli l’invenzione risalirebbe al 1603, pressapoco la stessa data che Galileo riporta nella sua lettera del 1624 a Marsili; in essa asserisce che circa venti anni addietro (cioè 1604) aveva ripetuto a Padova quello che definisce “lo scherzo di Erone“.

Anche i biografi di Galileo, Vincenzo Viviani (Racconto istorico della  vita di Galileo 1654) e Giovanni Battista Nelli  (Vita e commercio letterario di Galileo Galilei 1793) gli attribuiscono l’invenzione del termometro.

E’ possibile che Galileo abbia  realizzato  un termoscopio ad aria. Sappiamo infatti che tra il 1592 ed il 1597 a Padova studiando le opere di Erone  gli sia venuta l’idea di realizzare uno strumento simile. Tuttavia si ritiene che nè l’invenzione del termoscopio nè quella del termometro sia da attribuire a Galileo. Avvalorano questa ipotesi, come già accennato, l’assenza di riferimenti su questi strumenti nelle sue opere; nè possiamo considerare obiettiva la biografia scritta da Viviani in quanto è nota la sua esagerata ammirazione nei confronti dello stesso Galileo.

Nel 1612 Santorio Santorio nel suo Commentaria in artem medicinalem Galeni riferisce, senza fornirne una immagine, di aver costruito ed utilizzato….uno strumento di vetro con il quale sono solito misurare  la temperatura fredda e calda dell’aria di ogni regione, luogo e parte del corpo…Notizia importante perchè ci fornisce certezza della costruzione di uno strumento atto a misurare la temperatura non solo ambientale ma anche  del corpo umano. Presumibilmente era un termoscopio, cioè privo di una scala graduata, (foto a lato come appare nella Sphera Mundi) come confermato da Giuseppe Biancani nel suo Sphaera Mundi (p. 55) del 1620.  Biancani descrive lo strumento osservando che l’acqua era colorata affinchè fosse visibile il suo livello lungo il tubo. Chiama questo strumento thermoscopium e afferma di aver sentito dire che l’inventore era un certo Santorius. E’ probabile che Biancani abbia avuto la possibilità di vedere una copia dello strumento costruito da altri.

La descrizione dello strumento fu data da Santorio più tardi, nel 1625, in un’altra sua opera Sanctorii Iustinopolitani… commentaria in primum fen primi libri canonis Avicennae. In essa descrive lo strumento in questo modo: …è un vaso di vetro con il quale possiamo misurare in ogni ora e molto facilmente la temperatura calda e fredda e sapere esattamente quanto essa sia cambiata nell’aria, rispetto a quella delle condizioni naturali prima misurate. Questo vaso di vetro era stato proposto da Erone per altro uso. Noi lo abbiamo modificato (foto a sinistra) per conoscere la temperatura calda e fredda dell’aria e di ogni parte del corpo e il grado di calore dei febbricitanti che può essere fatto in due modi: uno di questi consiste nel premere la mano del malato sulla parte superiore del vaso...

Infatti il termometro di Santorio, medico italiano che esercitò anche a Venezia, era impiegato prevalentemente in campo medico. Il secondo modo per misurare la temperatura all’ammalato, come lo stesso Santorio riferisce, era quello di fargli tenere la bolla di vetro in bocca.

La documentazione esposta, così come una abbondante letteratura dell’epoca,  sembrano quindi dimostrare che se a Telioux va il merito di aver proposto su base teorica uno strumento per la misurazione della temperatura,  Santorio va senz’altro ricordato per averlo costruito e reso funzionale allo scopo.

A Paolo Aresi, chierico, filosofo e quindi vescovo di Tortona,  va il merito invece di essere stato l’autore della prima pubblicazione a stampa della illustrazione di un termometro ad aria (Telioux descrisse il suo termometro, come accennato, su un manoscritto). Nel suo libro In Aristotilis libros De generatione et corruptione  pubblicato nel 1617  ne descrive  il funzionamento  in questo modo:

Si prenda un tubetto di vetro assai grosso, forato nella sua parte superiore (D), attraverso la quale passi un altro cannello (nella foto:A), e si occluda perfettissimamente la fessura rimanente del foro con della ceralacca (C). Nella parte inferiore del tubetto maggiore sia messa dell’acqua, in modo che il cannello più sottile la raggiunga (E). Allora, qualcuno che con la mano calda stringerà il tubetto maggiore, vedrà salire l’acqua nel cannello più piccolo, e ciò si osserverà più chiaramente se l’acqua sarà tinta con qualche colore. La causa di questo fenomeno è che con il calore della mano l’aria contenuta nel tubetto maggiore si rarefà e occupa un luogo più ampio; supponiamo infatti che l’acqua non abbia altra via d’uscita, e che il cannello più sottile sia aperto nella parte superiore in modo che l’aria possa cedere all’acqua che sale. Con questo strumento si paragonano e si riconoscono tra di loro i diversi calori: degli uomini, delle febbri, dei giorni. Infatti anche quando nessuno stringe il tubetto maggiore, l’acqua stessa del cannello più sottile, in proporzione del calore dell’aria, sale di un maggiore o minore intervallo.

La descrizione che Aresi fa del termometro ed il modo in cui la riporta fa ritenere che lui stesso abbia realizzato  l’apparecchio che tra l’altro risulta, come si evidenzia dalla riproduzione della stampa, munito di una scala numerica in gradi che vanno da 1 a 8 e viceversa.

Tutti i termometri finora descritti vengono definiti termometri ad aria e basano il loro funzionamento sulla dilatazione dell’aria dovuta al suo riscaldamento che determina  uno spostamento dell’acqua lungo il tubo di vetro; l’entità dello spostamento dell’acqua indica  la temperatura che viene quantificata attraverso una scala graduata.

Il principale difetto di questo tipo di termometri che non erano sigillati, era la loro sensibilità alla pressione atmosferica che agendo sul liquido contenuto nel vaso inferiore provocava una variazione del suo livello lungo il tubo verticale. Essendo ingombranti non potevano essere trasportati da un posto ad un altro ed inoltre non erano idonei a misurare la temperatura dei liquidi. 

Fu proprio la necessità di eliminare questi limiti del termometro ad aria che diede la spinta per l’invenzione, da parte della Accademia del Cimento, del termometro a liquido.

Volendo essere precisi corre l’obbligo di menzionare anche Jean Rey  medico francese che in una lettera del 1642 indirizzata a Marin Mersenne volendo riferirgli  della nuova invenzione del termometro ad aria nella realtà, senza rendersene conto, si produsse in una descrizione del termometro a liquido: C’è una varietà di termoscopio termometri o così sembra non sono niente di più che una fiala con un collo molto lungo e snello. Per adoperarlo si pone al sole e talvolta in mano al paziente febbricitante dopo aver riempito il collo dello strumento con dell’acqua. Il calore che fa espandere l’acqua la fa salire più o meno secondo che la temperatura sia più calda o più fredda…. Naturalmente questa idea non ebbe un seguito perchè non ne fu compresa l’importanza e quindi fu dimenticata.

Il nuovo termometro  a liquido era sigillato e quindi non poteva risentire della azione della pressione arteriosa. Il liquido in esso contenuto non poteva evaporare nè si alterava. Il risultato fu la realizzazione  di un termometro in grado di effettuare misurazioni più precise della temperatura.

L’Accademia del Cimento venne fondata a Firenze nel giugno del 1657 dal granduca Ferdinando de Medici con lo scopo di studiare la natura per via sperimentale (cimento sta per esperimento).

L’attività dell’Accademia durò soltanto dieci anni, nel 1667 venne sciolta ma nonostante la sua breve vita i suoi ricercatore sono riusciti ad ottenere risultati quali raramente sono stati rilevati nella storia della scienza. La caratteristica unica era rappresentata dal fatto che i suoi membri   erano una sola persona, nessuno veniva mai nominato nelle ricerche che probabilmente venivano fatte in comune da tutti in modo che non si potesse sapere il ruolo rivestito dai singoli. I risultati delle ricerche vennero pubblicati per la prima volta nel 1666 con il titolo Saggi di naturali esperienze fatte nell’Accademia del Cimento. I Saggi si dividono in tredici capitoli; il Cap. 1 contiene la descrizione, tra l’altro, del termometro.

Nel capitolo dal titolo Dichiarazione d’alcuni strumenti per conoscere l’alterazioni dell’aria derivanti dal caldo e dal freddo si ha la descrizione dettagliata di alcuni termometri ad alcool.

Così viene descritto il primo strumento: egli è tutto di cristallo finissimo lavorato per opra di quegli artefici, i quali servendosi delle proprie gote per mantice, tramandano il fiato per un organo di cristallo alla fiamma di una lucerna… A lui dunque si apparterrà di formar la palla dello strumento d’una tal capacità e grandezza e di attaccarvi un cannello di tal misura di vano, che riempiendolo fino ad un certo segno del suo collo con aquarziente, il semplice freddo della neve e del ghiaccio non basti a condensarlo sotto i 20 gradi del suo cannellino, come per lo contrario, la massima attività dei raggi solari eziandio nel cuor delle state non abbia forza di rarefarla sopra gli 80 gradi.

Interessante risulta anche la descrizione di come riempire il termometro con acqarziente (spirito di vino, alcool) e di sigillarlo con la fiamma (“sigillo di Ermete”). La scala del termometro era realizzata con dei segni da piccole “perle” di smalto nero e bianco, saldate sul cannello. Quelle nere segnavano le decine di gradi mentre l’intervallo tra una di queste divisioni e la successiva veniva diviso mediante un compasso in 10 parti uguali , segnate da una perla bianca saldata sul cannello (termometro di “100 divisioni”).

La scelta dell’alcool invece dell’acqua era determinata dal fatto che questo liquido era più sensibile alle variazioni termiche e al contrario dell’acqua non lasciava depositi sul vetro. Per aumentare la visibilità entro il cannello l’alcool poteva anche essere colorato con “sangue di drago” che tuttavia aveva l’inconveniente di macchiare il vetro del cannello.

Il secondo strumento era una copia del primo ma in scala ridotta (termometro a “50 gradi). Al contrario il terzo era più lungo (termometro a “300 gradi”).

Il quarto termometro era più sensibile degli altri ed era costituito da un cannello molto lungo e avvolto a chiocciola per evitare che il vetro si rompesse.

Il quinto strumento è conosciuto con il nome di “termometro infingardo” a causa della sua scarsa sensibilità. Era costituito da un vaso pieno di alcool nel quale erano immerse delle palline  di vetro piene di aria e sigillate. Ad un aumento della temperatura di 10 gradi (della scala del termometro descritto per primo).una pallina cadeva verso il fondo.

Un altro termometro del tipo “infingardo” e dalla forma particolare chiamato “a botticino” o “a ranocchietta”, sempre inventato dagli Accademici di Firenze, veniva impiegato come termometro clinico, legato al polso o al braccio del paziente con la testa della ranocchietta rivolta verso l’alto. Le variazioni della temperatura corporea venivano rilevate attraverso il movimento delle palline. Le variazioni della temperatura corporea venivano rilevate attraverso il movimento delle palline. Infatti, l’aumento della temperatura provoca l’aumento del volume dell’acquarzente, che viene evidenziato dal movimento successivo delle palline (prima le meno dense, poi le più dense).

Gli Accademici utilizzarono oltre all’alcool anche l’acqua ed addirittura il mercurio che venne però ritenuto meno idoneo dell’alcool. Si dovrà aspettare il 1714 perchè Fahrenheit presenti il suo termometro a mercurio.