WWW-Tipp der Woche 40/2001

Temperatur
SANTORIO SANTORIO (1561 - 1631)
DANIEL GABRIEL FAHRENHEIT (1686 - 1736)
ANDERS CELSIUS (1701 - 1744)
WILLIAM THOMSON, 1st Lord KELVIN (1824-1907)
Weitere Personen und Entwicklungen

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Was ist überhaupt Temperatur? Diese Frage beantwortet About Temperature zunächst recht anschaulich mit "Gefühl der Wärme oder Kälte, das man beim Kontakt mit einem Objekt empfindet". Genau so diffus waren bis vor wenigen Jahrhunderten die Angaben über Temperaturen, weil es keine Meßeinheit und keine Meßmethoden gab.

Weitere Links:

• Grade Seven Unit Four - Temperature and Heat - Science Notes
• "Thermometer," Microsoft® Encarta® Online Encyclopedia 2001
• Temperaturumrechnung CELSIUS, FAHRENHEIT, KELVIN

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http://galileo.imss.firenze.it/museo/b/santorm.gif Santorio

SANTORIO SANTORIO war hauptsächlich Arzt und erst in zweiter Linie Naturwissenschaftler, aber das ist ja kein Widerspruch. So fand ich eine ausführliche Darstellung bei medicine worldwide: Arzt, Physiologe, Experimentator * 29. März 1561 in Cap d´Istria (damals zu Venedig gehörig; heute: Koper, Kroatien) † 22. Februar 1636 in Venedig SANTORIO war einer der großen Ärzte und Wissenschaftler der beginnenden Neuzeit, ein Erneuerer der Medizin und Wegbereiter der Iatrophysik - der "Solidarpathologie", die Krankheiten aus den physikalischen Eigenschaften der Körperteile zurückführt. Die Einführung quantitativer Methoden in die biologische Experimentalwissenschaft ist sein Verdienst... Lange vor RÉNE DESCARTES (1596 - 1650) verglich SANTORIO den menschlichen Organismus mit einem Uhrwerk, dessen Bewegung ebenfalls von der Anzahl, Form und Anordnung der einzelnen Teile abhängt. Die Grundlage hierzu boten seine überaus genaue diagnostische Erfassungen von Krankheitszuständen und ihre klinische Beschreibung.

In seiner 1614 veröffentlichten Schrift "De statica medicina" hat er seine diesbezüglichen Ergebnisse sowie von ihm selbst entwickelte Instrumente wiedergegeben. Obwohl streng der noch bis ins 19. Jahrhundert reichenden Humoralpathologie (die Qualitäten-, Elementen- und Säftelehre) verhaftet, hat er damit als erster Arzt seiner Zeit mechanistische Erklärungen für Krankheitszustände dargestellt, und die Grundlagen der dazu notwendigen physiologischen Meßmethoden angegeben. So stellt er zum Beispiel in seiner Publikation die Veränderungen des Körpergewichts als Differenz zwischen der eingenommenen Nahrungsmenge und der Menge der ausgeschiedenen Stoffe (Urin und Stuhl) dar. Und mit Hilfe seiner "Stoffwechselwaage" bewies er, daß der Körper zusätzlich zu diesen Ausscheidungen durch "unmerkliche Ausdünstung" über Haut und Lunge zusätzlich Substanzen abgibt, und zwar täglich mehr als die sichtbaren Ausscheidungen. Darüber hinaus entwickelte SANTORIO ein Luftthermometer, um damit die Temperatur in der Mundhöhle zu messen, sowie ein Pulszählgerät.

SANTORIO kannte die großen Gelehrten und Naturforscher seiner Zeit persönlich: HIERONYMOS FABRICIUS AB AQUAPENDENTE (1437-1619), GALILEO GALILEI (1564-1642), GIAMBATTISTA DELLA PORTA (1535-1615), PAOLO SARPI (1552-1623) - um einige zu nennen. Und er genoß die seltene Gunst des Schicksals, schon zu Lebzeiten höchste wissenschaftliche Wertschätzung zu erringen. Auch heute wird sein wissenschaftliches Werk in seiner Bedeutung mit derjenigen des englischen Arztes und Physiologen WILLIAM HARVEY (1578-1657) gleichgesetzt - der fand im Jahre 1628 immerhin den großen Blutkreislauf. Im Museum der Universität von Venedig ist SANTORIOs Schädel heute noch zu sehen.

Weitere Links:

• SANTORIO SANTORIO
• SANTORIO SANTORIO Prominent Istrians

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"DANIEL GABRIEL FAHRENHEIT wurde am 25. Mai 1686 in Danzig geboren und starb am 16.September 1736 in Den Haag. Er ließ sich 1717 in Amsterdam nieder und begründete die wissenschaftliche Thermometrie durch Einführung der Drei-Punkte-Eichung. FAHRENHEIT war Mitglied der Royal Society.

Zur Festlegung des Nullpunktes der nach ihm benannten Temperaturskala verwendete FAHRENHEIT ein Kältegemisch aus Wasser, Eis und Salmiak. Der Gefrierpunkt des Wassers liegt bei dieser Skala bei 32 Grad FAHRENHEIT der Siedepunkt des Wassers bei 212 Grad FAHRENHEIT. Zwischen dem Gefrier- und dem Siedepunkt des Wassers liegen also 180 Grad, während auf der CELSIUS Temperaturskala diese Temperaturdifferenz in 100 Teile geteilt wird."

Quecksilber als Flüssigkeit zu benutzen, ist ebenfalls seine Idee.

About Temperature

FAHRENHEIT described how he calibrated the scale of his mercury thermometer:

"placing the thermometer in a mixture of salammoniac or sea salt, ice, and water a point on the scale will be found which is denoted as zero. A second point is obtained if the same mixture is used without salt. Denote this position as 30. A third point, designated as 96, is obtained if the thermometer is placed in the mouth so as to acquire the heat of a healthy man." (D. G. FAHRENHEIT,Phil. Trans. (London) 33, 78, 1724)

On this scale, FAHRENHEIT measured the boiling point of water to be 212. Later he adjusted the freezing point of water to 32 so that the interval between the boiling and freezing points of water could be represented by the more rational number 180. Temperatures measured on this scale are designated as degrees FAHRENHEIT (° F).

Wenn also jemand behauptet, auf 180 zu sein, könnte es der Siedepunkt des Wassers in °F sein. Diese komische Temperaturskala ist in angelsächsischen Ländern noch beliebt, wie Did FAHRENHEIT get it right? by Donald Hammond beweist:

GABRIEL FAHRENHEIT (1686 - 1736) was German and a Fellow of the Royal Society.
For all who prefer to use his temperature scale here is a little conversion poem:

If Centigrade confuse you,
As very well it might,
Nine-fifths of C, plus thirty-two
Will give you FAHRENHEIT.

FAHRENHEIT's Zero

The standard temperature setting for the interior of domestic freezers is described as -18°C. At this temperature, bacterial activity is inhibited: life is at a standstill. It is thus the critical temperature for life at cellular level, and is (work it out!) at zero FAHRENHEIT: 0°F. Perhaps your friendly, local scientist should be told this fact of life!...

A very brief historical sketch may be instructive. ISAAC NEWTON, apparently, made some sort of thermometer with fixed points at the temperature of melting ice (ice point) and that of the healthy human mouth. NEWTON divided the range between these points into twelve equal divisions! (That, in itself, is significant: a man of great intellect, revered by scientists the world over, chose to divide a brand-new scale into twelve, not ten. Is anybody going to tell us that NEWTON did not understand measurement or mathematics?)

Probably some time between 1710 and 1720, FAHRENHEIT, determined to design a thermometric scale suitable for atmospheric (weather) temperatures, experimented with freezing-mixtures: ice and sal-ammoniac; ice and sea-salt; etc., until he got the lowest reading (which might reasonably be expected in Polar seas, due to eutectic reactions between salt water and ice) and called it zero. There is no reason to suppose that FAHRENHEIT thought this to be the lowest temperature possible: this was a zero intended for practical use in Earth's environment. The range between this zero and human body temperature he then divided into two dozen equal parts (again, note the thinking) which gave the ice point for fresh water at one-third of the range, or eight degrees. However, these 'degrees' seemed rather coarse in practice, so FAHRENHEIT multiplied their number by four, thus making human body temperature 96°F (Note1) and the ice point 32°F. Subsequently, the temperature of boiling water (steam point) was found to be 212°F on the same scale. So, the range between ice point and steam point of fresh water is l80 FAHRENHEIT degrees.

Weitere Links:

• DANIEL FAHRENHEIT (1686-1736 nach Christus)
• DANIEL GABRIEL FAHRENHEIT (1686 - 1736) HISTORIA DE UN INVENTO CONTADA POR EL INVENTOR
• "FAHRENHEIT, GABRIEL DANIEL," Microsoft® Encarta® Online Encyclopedia 2001

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Am 27. November würde ANDERS CELSIUS 300 Jahre alt. Nach ihm ist nicht nur eine Temperaturskala, sondern auch ein Mondkrater benannt. ANDERS CELSIUS (1701-1744) ANDERS CELSIUS, born in Uppsala, was one of a large number of scientists (all related) originating from Ovanåker in the province of Hälsingland. The family name is a latinised version of the name of the vicarage (Högen). His grandfathers were both professors in Uppsala: MAGNUS CELSIUS the mathematician and ANDERS SPOLE the astronomer. His father, NILS CELSIUS, was also professor in astronomy. CELSIUS, who was said to have been very talented in mathematics from an early age, was appointed professor of astronomy in 1730... ANDERS CELSIUS died of tuberculosis in april 1744, only 42 years old. His grave is next to his grandfather's, MAGNUS CELSIUS, in the church at "Gamla Uppsala", about 5 km north of central Uppsala. Interessant ist aber vor allem, was zwischen Geburt und Tod passierte, dazu zitiere ich einen deutschsprachigen Text:

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Siedend heiß und bitter kalt Die Temperaturskala des ANDERS CELSIUS

Zusammen mir einem Freund vergnügte er sich an physikalischen, arithmetischen und meteorologischen Aufgabenstellungen. Am liebsten frönte er seinem Hobby, der Sternbeobachtung. Schwankend zwischen der Juristerei und seinen Liebhabereien zog sich sein Studium fast zehn Jahre dahin. Als CELSIUS seine Promotionsschrift vorlegte, handelte diese nicht von Paragraphen, sondern von der Drehbewegung des Mondes. Im Alter von 28 Jahren wurde ANDERS CELSIUS zum Professor der Astronomie ernannt. Seine Vorlesungen über die "astronomische Beobachtungskunst" waren sehr beliebt uns stets überfüllt.

Um seinen Studenten nicht nur Theorie, sondern auch die Praxis der Sternbeobachtung vermitteln zu können, stellte CELSIUS den Antrag, an der Universität Uppsala ein mit den modernsten Instrumenten ausgestattetest Observatorium zu bauen. Nur so könne Schweden künftig mitreden, wenn es um die "Sternenkunst" geht. Nach langen Verhandlungen genehmigte der König den Antrag und dazu noch das Geld für eine Auslandsreise. Zwei Jahre lang sollte sich Professor CELSIUS an den bedeutesten europäischen Sternwarten über den neusten Stand der Astronomie informieren...

Für CELSIUS, damals 29 Jahre alt, war die "grand tour" die Chance seines Lebens. Seine erste Station war Berlin; hier blieb er fast ein  Jahr. Dabei hatte er das Glück, eine partielle Sonnenfinsternis beobachten zu können. Am Observatorium in Nürnberg bestimmte er die geographische Breite der Stadt. Dann reiste er weiter an die damals berühmte Gelehrtenuniversität Altdorf und nütze die Zeit, um eine Abhandlung "316 Beobachtungen des Nordlichtes" zu schrieben. Es war eine erste zusammenfassende Beschreibung der eigentümlichen Lichterscheinungen in der Polarregion ("aurora borealis"). Sein weiter Weg führte ihn nach Venedig und Padua, dann für sieben Monate nach Bologna, wo er Messungen zur Bestimmung der Ekliptik der Erde durchführte. In der Sommerresidenz des Papstes, dem Quirinalspalast, machte er Messungen über die Intensität des Mondlichtes. So verbreiterte er sein Wissen auf den verschiedensten Gebieten der Geographie und Astronomie.

In Paris, der letzten Station seiner Reise, wollte sich CELSIUS mit den neusten Sternbeobachtungen vertraut machen. Doch die französischen Gelehrten interessierten sich nicht für ihn, es herrschte große Aufregung. Bei einer Gedächnisveranstalltung für den verstorbenen Physiker ISAAC NEWTON (1643 bis 1727) hatte sich eine heiße Diskussion an NEWTONs Hypothese entzündet, die Erde habe keine ideale Kugelgestallt. Infolge der Zentrifugalkräfte müsse die Erdkugel am äquator ausgebuchtet sein, also ein "abgeplattetes Rotationsellipsoid" darstellen.

Warum diese These auf so großen Wiederstands stieß, wird verständlich vor dem Hintergrund, dass kurz zuvor französische Wissenschaftler bekanntgegeben hatten, die Erde habe die Form einer Melone, mit den Ausbuchtungen an den Polen. Nachdem das Verhältnis zwischen den (überlegenden) englischen Universitäten und den aufstrebenden französischen Gelehrtenschulen nicht gerade die beste war, prallten die Meinungen hart aufeinander.

Immerhin hat man sich damals nicht nur wie in früheren Jahrhunderten auf die Auslegung alter Schriften beschränkt, sondern Expeditionen losgeschickt, um durch Vermessen der Erde die eine oder andere Meinung zu bestätigen.

Nach einjähriger Vorbereitungszeit wurde das kühne Vorhaben im Mai 1736 gestartet. Von Dünkirchen aus stach das Segelschiff "Prudent" in See mit dem Ziel Tornio am Bottnischen Meerbusen. Unter Führung des französischen Physikers PIERRE DE MAUPERTUIS (1698 bis 1759) - er wurde später wissenschaftlicher Berater FRIEDRICH des Großen - hatte sich an Deck führende Mathematiker, Geographen und Vermessungsspezialisten versammelt, unter ihnen auch der Astronom ANDERS CELSIUS.

Die Behauptung NEWTONs stimmte. Die Erde ist an den Polen abgeflacht. Mehr über ISAAC NEWTON findet ihr in Surftipp 16/2001. ANDERS CELSIUS stellte auf der Reise allerdings fest, daß dringend zuverlässige Thermometer entwickelt werden müßten.

Die von der Expedition mitgeführten Thermometer des französischen Physikers Réaumur waren nicht nur sehr schwer und unhandlich, sondern auch völlig unzuverlässig, vor allem bei winterlichen Temperaturen. Ein Expeditionsmitglied schrieb dazu: "Unsere Thermometer taugen ganz und gar nichts. Sie sind von Weingeiste, haben keinen beständigen Punkt, die Gradierung davon anzufangen, und stimmen nicht miteinander überein, welches ich selbst genugsam an zween dergleichen gesehen, die sich in Upsal befinden..."

Exakte Temperaturmessungen wurden nicht nur im wissenschaftlichen Bereich benötigt, sondern auch im Handwerk, z.B. bei den Bierbrauern, Seifensiedern, Branntweinbrennern und den Färben. CELSIUS hoffte, dass ein allgemein verwendbares Messinstrument guten Absatz finden und ihm einen schöne  Nebenverdienst garantieren würde...

1742 stellte CELSIUS die Konstruktion eines deutlich verbesserten Quecksilberthermometers vor. Das Instrument war mit einer parallel angebrachten Dezimalskala ausgestattet. CELSIUS kennzeichnete den Siedepunkt des Wasser mit der Zahl 0, den Gefrierpunkt des Wassers mit 100. In einem Schrieben an die Schwedische Akademie über "die Beobachtung von zwei beständigen Graden auf einem Thermometer" heißt es: "Ich für meinen Teil finde keine bequemere und sichere Art, die Grade auf einen Thermometer abzuteilen, als einige Punkte von der Höhe des Quecksilbers zu bestimmen, wenn das Wasser kocht und zu frieren anfängt, und danach die übrigen Grade zu verzeichnen..." ... Auch zur Eichung des Thermometers machte CELSIUS genaue angaben: "Der Punkt des gefrierenden Wassers lässt sich am genauesten bestimmen, wenn man das Thermometer im klebrichten Schnee eine halbe Stunden stehen lässt..."

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Der Wärmemesser des ANDERS CELSIUS fand als "Schwedisches Thermometers" bald Eingang bei den meisten europäischen Universitäten. Die Abkürzung "ºC" bedeutete damals "Centigrad". Erst später wurde daraus die heutige Bezeichnung "Grad CELSIUS". Der berühmte Naturforscher CARL VON LINNÉ (1707 bis 1778), dem wir die Systematik und Nomenklatur der Pflanzenname verdanken, machte später den Vorschlag die Skala umzudrehen: Es wäre doch besser, mit der Zahl 0 den am unteren Ende der Skala liegenden Eispunkt zu markieren, mit der Zahl 100 den Siedepunkt des Wassers.

Die Abbildung ist aus JOHAN SANTESSONs (1944-2001) Homepage.

Neben der Entwicklung des Thermometer gründete ANDERS CELSIUS auch das Observatorium von Uppsala. (Das Bild ist durch Anklicken vergrößerbar). The CELSIUS Observatory 1741 - 1852 The medieval building that housed the CELSIUS Observatory is preserved and today a "CELSIUS statue" can be seen nearby. All observational material, for example the log-books, from those days are today found in the university library. Many of the instruments from the CELSIUS Observatory though, are displayed at various places in the present observatory. Die Astronomen der Universität Uppsala erinnern heute an weitere Forschungsergebnisse CELSIUS':

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In those days geographical measurements, metereological observations and other things, not considered as astronomy today, were included in the work of an astronomy professor. He carried out many geographical measurements for the Swedish General map, and was also one of the first to note that the land of the nordic countries is slowly rising above sea level, a process which has been going on since the melting of the ice from the latest ice age. He believed though, that it was the water that was evaporating...

Together with his assistant OLOF HIORTER he also was the first to realize that the aurora phenomenon has magnetic causes through observing the inclination of a compass-needle and finding that the larger deviations correlated with stronger aurora activity.

In astronomy he made observations of eclipses and various astronomical objects. He published catalogues of carefully determined magnitudes for a total of 300 stars using his own photometric system (mean error=0.4 mag). The idea of his system consists of using identical transparent glass plates and viewing the ray of light from a star through them. He could then compare the magnitudes of the stars by the number of glass plates needed to extinguishe the light. (The star Sirius, the brightest star in the sky, needed 25 of his plates to be extinguished.)

CELSIUS published most of his work in the publications of the Royal Society of Sciences in Uppsala, which is the oldest Swedish scientific society founded in 1710, where CELSIUS was the secretary 1725-1744, and also in the publications of the Royal Swedish Academy of Sciences, founded in 1739. He also presided at about twenty dissertations in astronomy where, as was the general rule in those days, he was the main author. His popular book "Arithmetics for the Swedish Youth" (1741) was typical of the spirit of his period, the Enlightenment.

Weitere Links:

• Zur Epoche der Aufklärung vgl. Surftipp 38/2001 über die Enzyklopädie.
• ANDERS CELSIUS
• ANDERS CELSIUS: the man with the thermometer
• The CELSIUS Temperature Scale
• Project Runeberg--Nordic literature on the Internet since 1992 Svenskt biografiskt handlexikon (meist eingescannte Seiten aus dem Lexikon)
  • CELSIUS.
  • CELSIUS, ANDERS
  • CELSIUS, MAGNUS
  • CELSIUS, NILS
  • CELSIUS, OLOF, d.ä.
  • CELSIUS, OLOF, d.y.

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"Das KELVIN, die Einheit der thermodynamischen Temperatur, ist der 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers." und zwar nach DIN 1301 und dem Gesetz über Einheiten im Messwesen vom 2. Juli 1969 (BGBl. I S. 709) in der Fassung der Bekanntmachung vom 22. Februar 1985 (BGBl. I S. 408), nachzulesen bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Die Definition ist aber älter: In 1933, the International Committee of Weights and Measures adopted this fixed point as the triple point of water , the temperature at which water, ice, and water vapor coexist in equilibrium); its value is set as 273.16. The unit of temperature on this scale is called the KELVIN, after Lord KELVIN (WILLIAM THOMSON), 1824-1907, and its symbol is K (no degree symbol used). Die Definition enthält nur einen Bezugspunkt (Tripelpunkt des Wassers), aber praktischerweise unterscheidet sich die Skala nur durch diese Konstante von den üblichen Grad CELSIUS. Sie vermeidet damit negative Werte, denn KELVIN entwickelte die Idee der "absoluten Temperatur". Sir WILLIAM THOMSON, Baron KELVIN of Largs, Lord KELVIN of Scotland (1824 - 1907) studied at Cambridge University, was a champion rower, and later became a Professor of Natural Philosophy at the University of Glasgow. Among his other achievements was the 1852 discovery of the "JOULE-THOMSON Effect" of gases and his work on the first transatlantic telegraph cable (for which he was knighted), and his inventing of the mirror galvanometer used in cable signaling, the siphon recorder, the mechanical tide predictor, an improved ship's compass. Lord WILLIAM THOMSON KELVIN

http://www.unidata.ucar.edu/staff/blynds/Kelvin.jpg

weitere Links:

• Lord WILLIAM THOMSON KELVIN
• KELVIN, WILLIAM THOMSON, 1st Baron
• Biography of Lord KELVIN
• Who Is This Man Called KELVIN?
• WILLIAM THOMSON (later Lord KELVIN)

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In About Temperature werden zwei Forscher zwischen SANTORIO und FAHRENHEIT erwähnt:

ROBERT HOOK, Curator of the Royal Society, in 1664 used a red dye in the alcohol . His scale, for which every degree represented an equal increment of volume equivalent to about 1/500 part of the volume of the thermometer liquid, needed only one fixed point. He selected the freezing point of water. By scaling it in this way, HOOK showed that a standard scale could be established for thermometers of a variety of sizes. HOOK's original thermometer became known as the standard of Gresham College and was used by the Royal Society until 1709. (The first intelligible meteorological records used this scale).

In 1702, the astronomer OLE ROEMER of Copenhagen based his scale upon two fixed points: snow (or crushed ice) and the boiling point of water, and he recorded the daily temperatures at Copenhagen in 1708- 1709 with this thermometer.

Recht beeindruckend fand ich den Temperature Calculator, der mit Javascript arbeitet. Dort werden auch die wichtigsten Temperaturforscher verglichen. Zwei davon habe ich noch nicht vorgestellt:

RÉAUMUR (thermometric scale)
Named after RENÉ-ANTOINE FERCHAULT DE RÉAUMUR (1683-1757), French scientist.
RÉAUMUR proposed a new scale in 1730 that set the freezing-point at 0° and the boiling-point at 80°. This scale is now obsolete, but I include it for science historians. Each °RÉAUMUR is equal to 5/4 of a °C, so °R*5/4=°C , °R*9/4+32=°F , and °R*5/4+273.15=°K.

RANKINE (absolute scale)
Named after WILLIAM JOHN MACQUORN RANKINE (1820-1872), Scottish engineer and physicist.
RANKINE promoted the KELVIN scale, but using the 180-degree increment of the FAHRENHEIT scale. Absolute zero on the RANKINE scale is -459.67° FAHRENHEIT. Scientific computations involving gasses are often done in RANKINE or KELVIN.

Schon 1780 zeigte der französische Physiker J. A. C. CHARLES Das sich alle Gase beim gleichen Temperaturanstieg gleich ausdehnen. Das erlaubte die Konstruktion von Thermometern, die nur mit einer Temperatur geeicht werden müssen, nicht mit zweien wie bei FAHRENHEIT und CELSIUS.

WILHELM SIEMENS entwickelte 1871 das Platin-Widerstands-Thermometer, das Änderungen der Leitfähigkeit des Metalls nutzt und einen Temperaturbereich zwischen 13 K und 962 K abdeckt.

Hintergrundmusik: http://www.midicity.a1freenet.co.uk/onsite/coldasice.mid (vgl. Foreigner: Cold As Ice - Lyrics)