Ha egy gázt melegítünk, akkor azt várjuk, hogy az majd kitágul, megnő a térfogata. De valahogy jól láthatóvá is kellene tenni a gáz térfogatváltozását. Elsőként Galilei épített eszközt ilyen célból 1592 körül:
Itt az alsó tartály arra szolgált, hogy a benne lévő folyadék (víz) egy bizonyos magasságig benyomult a függőleges üvegcsőbe, így a felső öblös tartályban lévő gázt (levegőt) ez a folyadék elzárta a külvilágtól, ugyanakkor lehetővé tette annak tágulását. Hiszen a bezárt gáz könnyen lejjebb tudta nyomni a folyadékot, ha "ki akart tágulni". Például ha felmelegedett az idő, akkor a fenti öblös tartályban lévő gáz is felmelegedett és kitágult, lejjebb nyomva a függőleges üvegcsőben a vízszintet.
Galilei ezen eszközét még nem tekinthetjük hőmérőnek, két okból. Egyrészt mert a függőleges üvegcsövén nem volt skálázás. Tehát csak nagyjából utalt a bezárt gáz hőmérsékletére, de még nem mérte azt (mivel nem lehetett leolvasni egy számértéket). Ezért ezt az eszközt termoszkópnak nevezzük (nem pedig termométernek, hőmérőnek). A termoszkóp szó eredete: ógörögül θερμός (ejtsd: thermosz) = meleg; és σκοπέω (ejtsd: szkopeó) = megpillant, néz, lát.
A másik ok, ami miatt ez nem hőmérő, hogy Galilei eme zseniális eszköze valójában egy zagyvaság. Gondoljunk bele ugyanis, hogy mi történik, ha a bezárt levegő hőmérséklete nem változik, például mert egy folyamatosan, azonos hőmérsékletre fűtött szobában van. Az állandó hőmérséklet alapján a folyadékszintnek "nem kéne változnia". De lehet, hogy eközben az időjárás úgy alakul, hogy lecsökken a légnyomás; márpedig a szoba levegője mindig azonos a külső légnyomással, hiszen az ajtók, ablakok résein keresztül kiegyenlítődik a nyomás. Ha a légnyomás a szobában lecsökken, akkor a kisebb légnyomás már nem fogja ugyanolyan magasra felnyomni a csőben a vizet, mint eddig, tehát a bezárt fenti levegő még állandó hőmérséklet esetén is lejjebb tolja a folyadékot. Tehát amit Galilei ezen eszköze jelzett (a folyadékszint magassága), az egyszerre két különböző dologtól is függött:
- a fent bezárt gáz hőmérsékletétől
- a külső légnyomástól
és a Galilei-termoszkóp egyáltalán nem tudta szétválasztani a két effektust. Például az, hogy lejjebb ment a folyadékszint, az sok, különféle esetben megtörténhetett:
- felmelegedett a bezárt gáz (a légnyomás állandósága mellett)
- lecsökkent a légnyomás (a bezárt gáz hőmérséklete állandósága mellett)
- felmelegedett a bezárt gáz és lecsökkent a légnyomás
- jelentősen felmelegedett a bezárt gáz hőmérséklete, és kicsit nőtt a légnyomás
- kicsit lehűlt a bezárt gáz, de jelentősen csökkent a légnyomás
Emiatt ez az eszköz nem szerencsés, de mivel inspirálta a kortársakat, elindította a hőtáguláson alapuló mérőműszerek fejlesztését, a hatása, jelentősége óriási volt.
Hogyan lehetne tökéletesíteni? A fő problémája az volt, hogy egyszerre mért nyomást és hőmérsékletet. Ebből az a kiút, ha valahogy állandó értéken tudjuk tartani a kettőből az egyiket. Ezek a mai gázhőmérők, melyek nagyon pontos hőmérsékletmérést tesznek lehetővé, széles tartományban. Két fő fajtájuk:
- állandó nyomású gázhőmérő: ennél a bezárt gáz tágulását (térfogatváltozását) olvassuk le. Ennek az elvi elrendezése szemléletes, de a kivitelezése nehézkes.
- állandó térfogatú gázhőmérő: ennél a bezárt gáz nyomását mérjük; ez az elterjedtebb. Az ábrán látható régi változatnál a jobb oldali higyannyal telt szárat addig mozgatták fel-le, amíg a bal oldali szálban a nulla jelhez nem került a higany. Így biztosíthatjuk a bezárt gáz állandó térfogatát. A higanyoszlopok magasságkülönsége mutatja, hogy a környezeti nyomáshoz képest mekkora többletnyomással lehet az eredeti térfogatra hozni a bezárt ideális gázt. A többletnyomás a hidrosztatikai nyomás \(\Delta p=\varrho_{\mathrm{Hg}}\cdot g\cdot h\) képlete alapján adódik.
