Kyla och konst

2013-11-06 06:11 Kaianders Sempler  

Runt förra sekelskiftet kämpade Ernest Shackleton, Roald Amundsen, Robert Scott och andra om att bli först att nå Nord- och Sydpolen. I köldlaboratorierna i Krakow, London och Leiden kämpade samtidigt forskare om att skapa allt lägre temperaturer och att bli först att uppnå den absoluta nollpunkten. Det blev nederländaren Heike Kamerlingh Onnes som avgick med segern och 1913 belönades med Nobelpriset för upptäckten av supraledningen.

Sedan antiken hade naturforskarna känt till att olika material, och då i synnerhet luft, ändrade volym med temperaturen. Genom att mäta hur en luftmängd svällde när den värmdes kunde man också bestämma temperaturen. Problemet var volymen också ändrades med lufttrycket, så temperaturen gick inte att gradera.

Galileo Galilei konstruerade  i slutet av 1500-talet sitt termoskop, ett vattenfyllt rör med flytande kroppar vars specifika vikter ligger nära vattnets. När vattentemperaturen ökar kommer vattnets specifika vikt att minska, och vissa vikter att sjunka.

I dag är termoskopet en populär artikel som ofta säljs i science centers och prylaffärer. Det kan visa vattnets ungefärliga temperatur, men inte efter en kontinuerlig skala. Det skulle dröja ytterligare 100 år innan den nederländske instrumentmakaren Daniel Fahrenheit, 1686–1736, skapade de första noggranna kvicksilver- och sprittermometrarna.

Nu kunde man sätta en skala på temperaturen. Fahrenheits egen skala, med kroppstemperaturen som 100 grader, fick snart konkurrens av Anders Celsius skala, där vattnets fryspunkt sattes till 100 grader och dess kokpunkt till noll. Lite senare vände Linné upp-och-ner på det hela, och vi fick vår nuvarande celsiusskala – eller centi­grade, som man ­säger i de anglosaxiska länderna.

Eftersom man sett att en gas volym minskade när temperaturen föll var det naturligt att föreställa sig att det fanns en absolut lägsta temperatur, en nollpunkt där gasens volym minskat till noll. Den franske naturforskaren Guillaume Amontons uppskattade 1703 den absoluta nollpunkten till en temperatur motsvarande ungefär -240 °C. (Inte alls så illa gissat. Nollpunkten ligger på -273 °C skulle William Thomson, sedermera Lord Kelvin, visa 1848.)

1780 gjorde Laplace och Lavoisier en ny beräkning och kom fram till mellan -1 500 och -3 000 °C. Men vad herrarna inte kände till var att gaser övergår till flytande form (och därefter fast) om de kyls tillräckligt. Volymen minskar aldrig till noll.

Att gaser kan bli flytande visades först av den nederländske kemisten Martinus van Marum, som 1787 under tryck lyckades kondensera ammoniakgas till vätska. Men alla gaser lät sig inte övergå till flytande form bara med högt tryck. Det visade sig att varje gas hade en kritisk temperatur som den först måste kylas ner till. En effektiv metod för detta kom i mitten av 1800-­talet med upptäckten av Joule-Thomsoneffekten – att en komprimerad gas kyls när den expanderar efter att den passerat genom ett munstycke. Det är samma effekt som används i våra vanliga kompressorkylskåp.

1877 meddelade fransmannen Louis-Paul Cailletet att han hade uppfunnit en ny pump med vilken han kunde uppnå extremt höga tryck och att han lyckats framställa flytande syre. För att komma ner till låga temperaturer kopplade man kylmaskinerna i kaskader, där man först lät en gas expandera och kyla en annan vilken sedan kylde ner en tredje och så vidare. På så sätt kunde man komma ner i allt lägre temperaturer.

Köldforskningen övergick nu till att bli en kapplöpning mellan Karol Olszewski och Sygmunt von Wobrewski i Krakow, Heike Kamerlingh Onnes i Leiden och James Dewar i London om att bli först med att framställa flytande väte. Dewar, som efterträtt Michael Faraday i källaren på Royal Institution, lyckades 1898 med detta. Samtidigt uppfann han dewar-flaskan för förvaring av flytande gaser vid atmosfärstryck. Flaskan hade dubbla väggar av försilvrat glas med vakuum emellan. Detta hindrade effektivt värmetransport genom såväl ledning och strålning som konvektion.

Kanske trodde inte Dewar att flaskan hade andra användningsområden än i laboratoriet och struntade därför i att patentera sin uppfinning. Det fick en nybildad amerikansk firma vid namn Thermos att passa på att registrera patent och starta produktion av termosflaskor för konsumentmarknaden.

Inte helt förvånande surnade Dewar till och stämde Thermos inför domstol för intrång i upphovsrätten. Ännu surare blev han när han förlorade målet.

Men än var jakten mot nollpunkten inte slut. Det blev Heike Kamerlingh Onnes i Leiden som till sist tog hem förstapriset genom att 1911 framställa flytande helium och upptäcka dess förunderliga egenskaper. Det ledde också till att han upptäckte att det elektriska motståndet i en kvicksilvertråd vid temperaturer nära nollpunkten plötsligt sjönk till noll. För upptäckten av supraledningen fick Heike Kamerlingh Onnes Nobelpriset i fysik för jämnt hundra år sedan, år 1913.

Familjen Kamerlingh Onnes i Leiden ägnade sig inte bara åt vetenskap. Heikes bror Menso var en känd konstnär, och hans barn Marijke och Harm blev också konstnärer. Harm Kamerlingh Onnes målade ofta sin farbrors laboratorium i modernistisk form, och även porträtt av Albert Eintein och andra gästande vetenskapsmän.

Fler av hans bilder finns här.

Mer om detta kan man läsa (på nederländska) i ”Jacht op het absolute nulpunt” av Dirk van Delft.

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Senaste inom

Debatt

SPONSRAT INNEHÅLL

ANNONS