Temperatur

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Temperatur (Begriffsklärung) aufgeführt.
Physikalische Größe
Name Thermodynamische Temperatur
Formelzeichen der Größe T
Formelzeichen der Dimension θ
Größen- und
Einheiten-
system
Einheit Dimension
SI K, °C θ
Planck Planck-Temperatur ħ1/2·G−1/2·c5/2·k−1
Anglo-
amerikanisch
°F, °Ra θ
Physikalische Größe
Name Celsius-Temperatur
Formelzeichen der Größe \vartheta, t
Größen- und
Einheiten-
system
Einheit Dimension
SI Grad Celsius (°C) θ

Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die vor allem in der Thermodynamik eine wichtige Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist das Kelvin (K), wobei Temperaturunterschiede mit der Einheit Grad (°) angegeben werden. In Deutschland, Österreich und der Schweiz ist die Einheit Celsius (°C) für Temperaturangaben ebenfalls zulässig.

Unter bestimmten Bedingungen, die in vielen Teilchensystemen zumindest näherungsweise erfüllt sind, beschreibt die Temperatur des Systems die mittlere Energie pro möglicher Bewegungsform (Freiheitsgrad) der Teilchen des Systems. Mögliche Bewegungsformen sind beispielsweise Bewegungen entlang der drei Raumachsen (Translation), Drehbewegungen (Rotation) oder Schwingungen von Teilchen gegeneinander (Vibration). Die Temperatur ist eine makroskopische, phänomenologische Größe: einzelnen Teilchen wie beispielsweise einem einzelnen Elektron kann nicht sinnvoll eine Temperatur zugeordnet werden.

Die Temperatur ist für alle Naturwissenschaften von großer Bedeutung. Viele physikalische und chemische Eigenschaften von Stoffen sind temperaturabhängig, beispielsweise der Aggregatzustand, der elektrische Widerstand oder die Dichte von Stoffen. Die Temperatur beeinflusst auch Stoffwechselprozesse von Lebewesen maßgeblich. Im Rahmen der Forschung zur globalen Erwärmung wird der Einfluss einer erhöhten Konzentration von Treibhausgasen auf die Temperatur der Erdatmosphäre detailliert untersucht. Die Temperaturabhängigkeiten verschiedener Größen und Prozesse macht man sich auch für Temperaturmessungen zunutze.

Die Wärmeempfindung des Menschen beruht nicht auf der Temperatur, sondern auf dem Wärmestrom. Daher wird die Wärmeempfindung oft als gefühlte Temperatur bezeichnet und damit zur Temperatur abgegrenzt. Die gefühlte Temperatur unterscheidet sich teilweise erheblich von der tatsächlichen Temperatur.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Grundlagen

Die Temperatur eines idealen einatomigen Gases ist ein Maß, das mit der kinetischen Energie der sich bewegenden Atome in Beziehung steht. In dieser Animation ist die Größe (der Bohr-Radius) von Helium-Atomen relativ zu ihrem Abstand zueinander maßstäblich für einen Druck von 1950 Atmosphären wiedergegeben. Unter diesen Raumtemperatur-Bedingungen haben die Atome eine bestimmte mittlere Geschwindigkeit, die hier um den Faktor 1012 langsamer dargestellt ist.

Alle festen Stoffe, Flüssigkeiten und Gase bestehen aus sehr kleinen Teilchen, den Atomen und Molekülen. Diese befinden sich in ständiger Bewegung und zwischen ihnen wirken Kräfte. Die Geschwindigkeiten der Teilchen eines Stoffes sind unterschiedlich groß und sind im Mittel 0 für einen ruhenden Körper, allerdings gilt das im Mittel nicht für den Betrag und das Quadrat der Geschwindigkeiten. Wie groß das mittlere Geschwindigkeitsquadrat aller Teilchen eines Stoffes ist, hängt von der Art des Stoffes, vom Aggregatzustand und vor allem von der Temperatur ab. Für feste, flüssige und gasförmige Körper gilt: Je höher die Temperatur eines Körpers ist, desto größer ist das mittlere Geschwindigkeitsquadrat aller Teilchen des Stoffes, aus dem der Körper besteht. Der anschauliche Zusammenhang zwischen Temperatur und mittlerem Geschwindigkeitsquadrat der kleinsten Teilchen illustriert, dass es eine tiefste Temperatur gibt, den absoluten Nullpunkt, an dem sich die kleinsten Teilchen nicht mehr bewegen.

Der genaue Zusammenhang zwischen Temperatur und dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat von Atomen und Molekülen ist im allgemeinen sehr komplex. Allerdings gibt es im Fall des idealen Gases einen sehr einfachen Zusammenhang, der sich auch in einem einfachen Zusammenhang der Temperatur mit anderen makroskopischen physikalischen Größen widerspiegelt. Diese Tatsache macht man sich bei der Temperaturmessung mit dem Gasthermometer zunutze.

Die Theorie der Thermodynamik stellt die Verbindung zwischen makroskopischen Größen wie der Temperatur und den Eigenschaften der mikroskopischen Atome und Moleküle her. Durch diese Theorie werden auch die Temperaturabhängigkeiten verschiedener anderer physikalischer Größen erklärt. Die Thermodynamik setzt das quantenmechanische und relativistische Verhalten der kleinsten Teilchen mit makroskopischen Größen wie der Temperatur in Beziehung. Da die Relativitätstheorie vor allem bei hohen Teilchengeschwindigkeiten zum Tragen kommt, beeinflusst die Relativitätstheorie die Temperaturabhängigkeit von Größen bei sehr hohen Temperaturen. Die Quantenmechanik hingegen ist besonders bei kleinen Teilchengeschwindigkeiten, also bei Temperaturen nahe dem Temperaturnullpunkt von Bedeutung und erklärt Phänomene wie Supraleitung, Suprafluidität und Bose-Einstein-Kondensation.

[Bearbeiten] Physikalische Grundlagen

[Bearbeiten] Ideales Gas

Hauptartikel: Ideales Gas

Das ideale Gas ist eine Modellvorstellung, die gut geeignet ist, um Grundlagen der Thermodynamik und Eigenschaften der Temperatur zu illustrieren. Dem Modell zufolge sind die Teilchen des Gases punktförmig, können aber dennoch elastisch gegeneinander und gegen die Gefäßwand stoßen. Ansonsten gibt es keine Wechselwirkung zwischen den Teilchen. Das ideale Gas ist nur für Gase, deren kleinste Teilchen Atome sind, eine gute Näherung, da Moleküle rotieren oder vibrieren können so dass sie nicht als punktförmige Objekte vereinfacht werden können.

Für das ideale Gas ist die Temperatur T proportional zur mittleren kinetischen Energie \overline{E_{kin}} der Teilchen

\overline{E_{kin}} = \tfrac{3}{2} k_B T

wobei kB die Boltzmann-Konstante ist. In diesem Fall ist also die makroskopische Größe Temperatur auf sehr einfache Weise mit mikrokopischen Teilcheneigenschaften verknüpft. Außerdem gilt für das ideale Gas die allgemeine Gasgleichung, die die makroskopischen Größen Temperatur, Volumen V und Druck P in Beziehung setzt

PV = NkBT

wobei N die Teilchenzahl des Systems ist.

Aus diesen beiden Gleichungen kann man folgern, dass ein absoluter Temperaturnullpunkt existiert, an dem sich die Gasteilchen nicht mehr bewegen, also die mittlere kinetische Energie null haben. Wenn man beim Verringern der Temperatur den Druck konstant hält, wird das Volumen des Gases immer kleiner und am Temperaturnullpunkt würde auch das Volumen null, das Gas würde sich also auf einen Punkt zusammenziehen. Andererseits lässt sich die allgemeine Gasgleichung ausnutzen, um über die Messung von Volumen und Druck die Temperatur zu bestimmen. Dies wird durch die Gasthermometer realisiert. Bei diesen Themometern reicht im Gegensatz zu anderen Thermometern eine Zweipunkteichung aus, da der Zusammenhang der Größen bekannt ist und sie eignen sich daher dazu, andere Thermometer zu eichen.

[Bearbeiten] Temperaturempfinden und Wärmeübertragung

Stehen zwei Körper unterschiedlicher Temperatur in Wärmekontakt, so wird nach dem nullten Hauptsatz der Thermodynamik solange Energie vom wärmeren zum kälteren Körper übertragen, bis beide im thermischen Gleichgewicht stehen und die gleiche Temperatur angenommen haben. Es gibt dabei drei Möglichkeiten der Wärmeübertragung:

  1. Wärmeleitung
  2. Konvektion
  3. Wärmestrahlung

Der Mensch kann Temperaturen nur im Bereich um 30 °C fühlen. Genau genommen nimmt man nicht Temperaturen wahr, sondern die Größe des Wärmestroms durch die Hautoberfläche, weshalb man auch von einer gefühlten Temperatur spricht. Dieses hat für das Temperaturempfinden einige Konsequenzen:

  • Temperaturen oberhalb der Oberflächentemperatur der Haut fühlen sich warm an, solche unterhalb empfinden wir als kalt
  • Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Metalle, führen zu höheren Wärmeströmen und fühlen sich deshalb wärmer beziehungsweise kälter an, als Materialien mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit, wie Holz oder Polystyrol
  • Die gefühlte Temperatur ist bei Wind niedriger als bei Windstille. Der Effekt wird bei Temperaturen < 0 °C durch den Windchill und bei höheren Temperaturen durch den Hitzeindex beschrieben.
  • Ein leicht beheizter, gefliester Fußboden kann mit den nackten Füßen als angenehm warm, mit den Händen berührt hingegen als kühl empfunden werden. Dies ist der Fall, wenn die Temperatur der Fliesen zwischen der Temperatur von Händen und Füßen liegt.
  • Der Mensch kann Lufttemperatur von überlagerter Wärmestrahlung nicht unterscheiden, was auch ganz allgemein gilt und unter anderem dazu führt, dass Lufttemperaturen immer im Schatten gemessen werden
  • Gleiche Temperatur wird von den beiden Händen als unterschiedlich wahrgenommen, wenn diese vorher unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt waren

Genau genommen gilt dieses nicht nur für das menschliche Empfinden, auch in vielen technischen Anwendungen ist nicht die Temperatur von Bedeutung, sondern der Wärmestrom. So hat die Atmosphäre der Erde oberhalb 1.000 km Temperaturen von mehr als 1.000 °C, dennoch verglühen deshalb keine Satelliten. Auf Grund der geringen Teilchendichte ist der Energieübertrag minimal.

[Bearbeiten] Temperatur, thermische Energie und der Nullte Hauptsatz der Thermodynamik

Die allgemeine formale Definition der Temperatur wird im Artikel zur absoluten Temperatur dargestellt. Die formalen Eigenschaften der Temperatur werden in der Thermodynamik behandelt. Man bezeichnet die Temperatur hier als eine systemeigene, intensive Zustandsgröße. Sie lässt sich ebenfalls über die Entropie S definieren, da aus den Eigenschaften dieser Zustandsgröße folgt, dass S konstant bei allen Zustandsänderungen ohne Wärmeübertragung Q ist:


dS=\frac{\delta Q}{T}

mit T als Zustandsfunktion. T wird dabei so gewählt, dass dS ein Differential einer Zustandsfunktion ist. Nach dem Poincaré-Lemma ist hierfür hinreichend und notwendig


d\left(\frac{\delta Q}{T}\right)=0

Beim idealen Gas erfüllt die Gastemperatur Θ = T diese Bedingung.

Die statistische Definition der Temperatur lautet nach Boltzmann:


T = \frac{1}{k_B}\left(\frac{\partial\ln{\Omega}}{\partial U}\right)^{-1}

Hierbei bedeuten:

  • S die Entropie
  • U die innere Energie
  • Ω die geglättete, gemittelte Kurve über ω, das angibt auf wie viele Möglichkeiten sich die Energie U im System verteilen kann; zerlegt in kleinstmögliche Energiepakete (siehe Quanten).
  • kB die Boltzmannkonstante

Bei einer sehr großen Ansammlung von Teilchen und dem Vorliegen eines idealen Gases kann man die Maxwell-Boltzmann-Verteilung anwenden und in der Folge die Temperatur wie folgt definieren:


T = \frac{M \cdot \overline{v^2}}{3 \cdot R}

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:

Die Temperatur ist damit ein Maß für den durchschnittlichen ungerichteten, also zufälligen, Bewegungsenergieanteil (kinetische Energie) einer Ansammlung von Teilchen. Die Teilchen sind hierbei die Luftmoleküle bzw. die Moleküle oder Atome eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers. In der statistischen Mechanik steht die Temperatur mit der Energie pro Freiheitsgrad in Zusammenhang. Im idealen Gas aus einatomigen Molekülen sind das drei Translationsfreiheitsgrade pro Molekül und bei mehratomigen Gasen können weitere Rotationsfreiheitsgrade hinzu kommen.

Bei Gasen kann man diesen Zusammenhang zwischen Temperatur und Teilchengeschwindigkeit nach obiger Beziehung sogar quantitativ angeben. Eine Verdopplung der Temperatur auf der Kelvin-Skala führt bei idealen Gasen zu einer Erhöhung der quadratisch gemittelten Teilchengeschwindigkeit um den Faktor 2½ = 1,414. Zwei unterschiedliche Gase haben dann die gleiche Temperatur, wenn das Produkt aus der Molmasse des jeweiligen Gases und dem Quadrat der quadratisch gemittelten Teilchengeschwindigkeit gleich groß ist.

Im thermischen Gleichgewicht nimmt jeder Freiheitsgrad der Materie (Bewegung, potentielle Energie, Schwingungen, elektronische Anregungen usw.) eine der Temperatur entsprechende Menge an Energie auf. Wie viel genau muss aus der kanonischen Verteilung (Boltzmannkonstante) berechnet werden und ist durch das Verhältnis von Energie zu Temperatur mal Boltzmannkonstante kB bestimmt. Bei der kontinuierlichen (klassischen) kinetischen Energie ist dieses genau kBT/2. Die Boltzmannkonstante ergibt einen Zusammenhang zwischen Energie und Temperatur, der 11.606,7 Kelvin pro Elektronenvolt beträgt. Bei Raumtemperatur (300 Kelvin) ergibt dieses 0,0258472 eV. Die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen ist abhängig von der Molekülmasse bzw. Molmasse. Dabei sind die schweren Teilchen jedoch auch langsamer. Bei idealen Gasen gleichen sich Massenerhöhung und Geschwindigkeitserniedrigung gegenseitig aus, was zum Gesetz von Avogadro führt.

Die thermische Energie ist jedoch wie die Temperatur selbst nur ein Mittelwert innerhalb eines Vielteilchensystems und ihr Zusammenhang mit der Teilchengeschwindigkeit lässt sich ebenfalls aus der Maxwell-Boltzmann-Verteilung ableiten:


\overline{E_{kin}} = \frac{1}{2} m \overline{v^2}

Das thermische Gleichgewicht hat eine wichtige Eigenschaft, die in der Thermodynamik zur Formulierung des Nullten Hauptsatzes führt.

Wenn ein System A sich mit einem System B sowie B sich mit einem System C im thermischen Gleichgewicht befinden, so befindet sich auch A mit C im thermischen Gleichgewicht. Das thermische Gleichgewicht ist damit transitiv, was es möglich macht, die empirische Temperatur θ einzuführen. Diese ist so definiert, dass zwei Systeme genau dann die gleiche empirische Temperatur haben, wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden.

[Bearbeiten] Messung

[Bearbeiten] Messung durch thermischen Kontakt

Temperaturmessung bei der Stahlschmelze

Die Temperaturmessung erfolgt hierbei mit Hilfe von Thermometern oder Temperatursensoren. Das Herstellen eines thermischen Kontaktes erfordert ausreichende Wärmeleitung, Konvektion oder ein Strahlungsgleichgewicht zwischen Messobjekt (Festkörper, Flüssigkeit Gase) und Sensor. Die Messgenauigkeit kann z. B. durch nicht ausgeglichene Wärmestrahlungs-Bilanz, Luftbewegungen oder durch Wärmeableitung entlang des Sensors beeinträchtigt sein. Die Messgenauigkeit wird theoretisch durch die zufällige Brownsche Molekularbewegung begrenzt.

Die Temperaturerfassung durch Wärmekontakt kann in drei Methoden unterteilt werden:

  1. die mechanische Erfassung durch Ausnutzen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Materialien mittels
  2. Elektrische Erfassung
  3. die indirekte Messung über temperaturabhängige Zustandsänderungen von Materialien (z. B. tabellierte Stoffdaten)
Thermografisches Bild in Falschfarbendarstellung

[Bearbeiten] Messung anhand der Temperaturstrahlung

Die Temperatur kann berührungslos durch Messung der Temperaturstrahlung bestimmt werden, die alle Körper oberhalb des absoluten Nullpunktes aussenden. Die Messung erfolgt z. B. mit einem Pyrometer oder mit einer Thermografie-Kamera.

Je nach Temperatur kommen dabei verschiedene Wellenlängenbereiche in Frage (siehe hierzu Stefan-Boltzmann-Gesetz oder Wiensches Verschiebungsgesetz). Bei niedrigen Temperaturen kommen Bolometer, Mikrobolometer oder gekühlte Halbleiterdetektoren in Frage, bei hohen Temperaturen werden ungekühlte Fotodioden oder auch der visuelle Vergleich der Intensität und Farbe des Glühens angewendet (Wolframfaden-Pyrometer).

Rechts ist eine Thermografie zu sehen; hierbei wird eine Falschfarbendarstellung der Strahlungsemission im Mittleren Infrarot (ca. 5…10 µm Wellenlänge) erzeugt, die sich durch Kalibrierung in Form einer Farbskala an die Temperaturskala koppeln lässt.
Links im Bild ist die Spiegelung der Strahlung des heißen Bechers zu erkennen.
Messfehler entstehen hierbei wie auch bei Pyrometern durch unterschiedliche Emissionsgrade der Messobjekte, bei bekannten Emissionsgraden sind Messgenauigkeiten bzw. Kontraste bis herab zu Temperaturdifferenzen von 0,01 K möglich.

Die berührungslose Temperaturmessung anhand der Temperaturstrahlung wird auch bei der Fernerkundung und zur Bestimmung der Oberflächentemperatur von Sternen angewendet.

Siehe hierzu auch Messgeräte, Messtechnik, Messung und Kategorie Temperaturmessung

[Bearbeiten] Temperaturskalen und ihre Einheiten

Eine Temperaturskala ist eine willkürliche Festlegung der Größenordnung der Temperatur und gestattet die Angabe der Temperatur in Bezug zu einem Vergleichswert.

Es gibt zwei Methoden, eine Skala zu definieren.

Nach der ersten Methode werden zwei Fixpunkte festgelegt. Diese Fixpunkte sind zweckmäßigerweise in der Natur vorkommende und durch Experimente reproduzierbare Werte. Der Abstand zwischen den Fixpunkten wird dann gleichmäßig aufgeteilt (z. B. bei der Celsius-Skala in 100 Teile).

Bei der zweiten Methode genügt ein Fixpunkt, der wie zuvor durch eine Stoffeigenschaft (z. B. Schmelzpunkt des Eises) definiert wird. Nun muss der Abstand (Skalenstrich zu Skalenstrich) bzw. die Größe der Einheit festgelegt werden.
Eine Methode, die sich trotz einiger Vorteile nicht etablieren konnte, orientiert sich an der Volumenänderung von Gasen bei konstantem Druck. Als Einheit wurde von Rudolf Plank der Temperaturunterschied vorgeschlagen, der einer Volumenänderung um den Faktor (1 + 1/273,15) entspricht. Eine solche logarithmische Temperaturskala erstreckt sich von minus Unendlich bis plus Unendlich. Es ist kein absoluter Nullpunkt erforderlich, dessen Bestimmung nicht exakt möglich ist.
Die Kelvin-Skala beginnt dagegen beim absoluten Nullpunkt und verwendet die lineare 100er Teilung der Celsius-Skala. Beim absoluten Nullpunkt handelt es sich jedoch praktisch um einen gegen Null gehenden Grenzwert, da er durch das Erliegen jeglicher Teilchenbewegung definiert ist, was seine Messung ausschließt.

Die bekanntesten Temperaturskalen mit ihren verschiedenen Charakteristika sind weiter unten tabellarisch dargestellt. Die heute gültige Temperaturskala ist die „International Temperature Scale of 1990“ (ITS-90).

[Bearbeiten] SI-Einheit

Die SI-Einheit der thermodynamischen Temperatur (Formelzeichen: T) ist das Kelvin mit dem Einheitenzeichen: K. Ein Kelvin ist der 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser, bei dem dessen feste, flüssige und gasförmige Phase koexistieren. Der Nullpunkt der Kelvinskala liegt beim absoluten Nullpunkt.

Es ist erlaubt, Temperaturdifferenzen sowohl in °C als auch in K anzugeben (gleicher Zahlenwert). Empfohlen wird jedoch, Temperaturdifferenzen in K anzugeben, damit der Unterschied zwischen Temperatur und Temperaturdifferenz deutlicher wird.

[Bearbeiten] Nicht-SI-Einheiten

Die empirische Temperatur (Formelzeichen: \vartheta; gelegentlich auch t), auch als Celsiustemperatur bezeichnet, da in Grad Celsius (Einheitenzeichen: °C) angegeben, ergibt sich damit aus der thermodynamischen Temperatur durch


\vartheta/^\circ\mathrm{C} = T/\mathrm{K}-273,\!15
.

Temperaturdifferenzen können vom Prinzip her auch in Grad Celsius angegeben werden, das den gleichen Skalenabstand aufweist wie die Kelvin-Skala, dessen Nullpunkt sich aber auf den Gefrierpunkt von Wasser bei Normaldruck (mittlerer Luftdruck auf Meereshöhe) bezieht. Der so festgelegte Gefrierpunkt liegt 0,01 K unterhalb der Temperatur des Tripelpunktes von Wasser.

In den USA ist die Fahrenheit-Skala mit der Einheit Grad Fahrenheit (Einheitenzeichen: °F) immer noch sehr gebräuchlich. Die absolute Temperatur auf Fahrenheit-Basis wird mit Grad Rankine (Einheitenzeichen: °Ra) bezeichnet. Die Rankine-Skala hat den Nullpunkt wie die Kelvin-Skala beim absoluten Temperaturnullpunkt, im Gegensatz zu dieser jedoch die Skalenabstände der Fahrenheit-Skala.

[Bearbeiten] Temperaturskalen

Übersicht über die (klassischen) Temperaturskalen
Skala Kelvin Celsius Fahrenheit Rankine Delisle Réaumur Newton Rømer
Einheit Kelvin Grad Celsius Grad Fahrenheit Grad Rankine Grad Delisle Grad Réaumur Grad Newton Grad Rømer
Einheitenzeichen K °C °F °Ra, °R °De, °D °Ré, °Re, °R °N °Rø
unterer Fixpunkt F1 = T0
= 0 K
TSchm(H2O)**
= 0 °C
TKältemischung***
= 0 °F
T0
= 0 °Ra
TSchm(H2O)
= 150 °De
TSchm(H2O)
= 0 °Ré
TSchm(H2O)
= 0 °N
TSchm(Lake)****
= 0 °Rø
oberer Fixpunkt F2 = TTri(H2O)
= 273,16 K
TSied(H2O)**
= 100 °C
TMensch***
= 96 °F
TSied(H2O)
= 0 °De
TSied(H2O)
= 80 °Ré
TSied(H2O)
= 33 °N
TSied(H2O)
= 60 °Rø
Skalenintervall (F2−F1) / 273,16 * (F2−F1) / 100 (F2−F1) / 96 1 °Ra ≡ 1 °F (F1−F2) / 150 (F2−F1) / 80 (F2−F1) / 33 (F2−F1) / 60
Erfinder William Thomson Baron Kelvin Anders Celsius Daniel Fahrenheit William Rankine Joseph-Nicolas Delisle René-Antoine Ferchault de Réaumur Isaac Newton Ole Rømer
Entstehungsjahr 1848 1742 1714 1859 1732 1730 1700 1701
Verbreitungsgebiet weltweit (SI-Einheit) weltweit USA USA Russland (19.Jhd.) Westeuropa bis Ende 19. Jhd.
* Ursprünglich über Celsius-Skala definiert, ΔT = 1 K ≡ 1 °C
** Traditionelle Fixpunkte; ursprünglich umgekehrt (ähnlich wie Delisle-Skala);
heute über Kelvin-Skala definiert, ΔT = 1 °C ≡ 1 K, also der 273,16-te Teil von TTri(H2O) = 0,01° C
*** Genutzt wurde die Temperatur einer Kältemischung von Eis, Wasser und Salmiak oder Seesalz (−17,8 °C) und die „Körpertemperatur eines gesunden Menschen“ (35,6 °C);
heute über TSchm(H2O) = 32 °F und TSied(H2O) = 212 °F sowie ΔT = (F2−F1) / 180 definiert
**** Genutzt wurde die Schmelztemperatur einer Salzlake (−14,3 °C)

[Bearbeiten] Temperaturumrechnung

Umrechnung zwischen Temperaturskalen
nach \ von Kelvin-Skala (K) Celsius-Skala (°C) Réaumur-Skala (°Ré) Fahrenheit-Skala (°F)
TKelvin = TK = TC + 273,15 = T · 1,25 + 273,15 = (TF + 459,67) · 59
TCelsius = TK − 273,15 = TC = T · 1,25 = (TF − 32) · 59
TRéaumur = (TK − 273,15) · 0,8 = TC · 0,8 = T = (TF − 32) · 49
TFahrenheit = TK · 1,8 − 459,67 = TC · 1,8 + 32 = T · 2,25 + 32 = TF
TRankine = TK · 1,8 = TC · 1,8 + 491,67 = T · 2,25 + 491,67 = TF + 459,67
TRømer = (TK − 273,15) · 2140 + 7,5 = TC · 2140 + 7,5 = T · 2132 + 7,5 = (TF − 32) · 724 + 7,5
TDelisle = (373,15 − TK) · 1,5 = (100 − TC) · 1,5 = (80 − T) · 1,875 = (212 − TF) · 56
TNewton = (TK − 273,15) · 0,33 = TC · 0,33 = T · 3380 = (TF − 32) · 1160
nach \ von Rankine-Skala (°Ra) Rømer-Skala (°Rø) Delisle-Skala (°De) Newton-Skala (°N)
TKelvin = TRa · 59 = (T − 7,5) · 4021 + 273,15 = 373,15 − TDe · 23 = TN · 10033 + 273,15
TCelsius = TRa · 59 − 273,15 = (T − 7,5) · 4021 = 100 − TDe · 23 = TN · 10033
TRéaumur = TRa · 49 − 218,52 = (T − 7,5) · 3221 = 80 − TDe · 815 = TN · 8033
TFahrenheit = TRa − 459,67 = (T − 7,5) · 247 + 32 = 212 − TDe · 1,2 = TN · 6011 + 32
TRankine = TRa = (T − 7,5) · 247 + 491,67 = 671,67 − TDe · 1,2 = TN · 6011 + 491,67
TRømer = (TRa − 491,67) · 724 + 7,5 = T = 60 − TDe · 0,35 = TN · 3522 + 7,5
TDelisle = (671,67 − TRa) · 56 = (60 − T) · 207 = TDe = (33 − TN) · 5011
TNewton = (TRa − 491,67) · 1160 = (T − 7,5) · 2235 = 33 − TDe · 0,22 = TN

[Bearbeiten] Temperaturvergleich

Einige Temperaturwerte in den verschiedenen Skalen
Messwert / Skala Fahrenheit Rankine Réaumur Celsius Kelvin
mittlere Oberflächentemperatur der Sonne 9 941 °F 10 400 °Ra 4 404 °R 5 505 °C 5 778 K
Schmelzpunkt von Eisen 2 795 °F 3 255 °Ra 1 228 °R 1 535 °C 1 808 K
Schmelzpunkt von Blei 621,43 °F 1081,10 °Ra 261,97 °R 327,46 °C 600,61 K
Siedepunkt von Wasser 212 °F 671,67 °Ra 80 °R 100 °C 373,15 K
höchste im Freien gemessene Lufttemperatur 136,04 °F 595,71 °Ra 46,24 °R 57,80 °C 330,95 K
Körpertemperatur des Menschen nach Fahrenheit 96 °F 555,67 °Ra 28,44 °R 35,56 °C 308,71 K
Tripelpunkt von Wasser 32,02 °F 491,69 °Ra 0,01 °R 0,01 °C 273,16 K
Gefrierpunkt von Wasser 32 °F 491,67 °Ra 0 °R 0 °C 273,15 K
tiefste Temperatur in Danzig, Winter 1708/09 0 °F 459,67 °Ra −14,22 °R −17,78 °C 255,37 K
Schmelzpunkt von Quecksilber −37,89 °F 421,78 °Ra −31,06 °R −38,83 °C 234,32 K
tiefste im Freien gemessene Lufttemperatur −128,56 °F 331,11 °Ra −71,36 °R −89,2 °C 183,95 K
Gefrierpunkt von Alkohol −173,92 °F 285,75 °Ra −91,52 °R −114,40 °C 158,75 K
Siedepunkt von Stickstoff −320,44 °F 139,23 °Ra −156,64 °R −195,80 °C 77,35 K
absoluter Nullpunkt −459,67 °F 0 °Ra −218,52 °R −273,15 °C 0 K

[Bearbeiten] Temperaturbeispiele

In der folgenden Tabelle sind Beispiele einiger Temperaturen genannt. Spezifische Stoffwerte können Artikeln wie beispielsweise Siedepunkt und Schmelzpunkt entnommen werden. Weitere Temperaturbeispiele sind im Artikel Größenordnung (Temperatur) aufgeführt.

Celsius-Temperaturen verschiedener Objekte im Vergleich
Temperatur in °C Objekt
>1.000.000 Sonnenkorona
30.000 Chromosphäre der Sonne
7.000 Erdkern
5.500 Oberfläche der Sonne
3.000 Flamme eines Schweißbrenners (Acetylen+Sauerstoff)
2.500 Glühwendel von Glühlampen
700–1.250 Magma
1.200 basaltische Lava
950 Flamme eines Gasherdes
800 rhyolithische Lava
800 Streichholzflamme
ca. 230 Bügeleisen (Einstellung: Leinen)
100 Siedepunkt von Wasser bei Normaldruck
36 bis 37 Körpertemperatur eines gesunden Menschen
0 Gefrierpunkt von Wasser bei Normaldruck
−78,5 Trockeneis (gefrorenes CO2)
−273,15 absoluter Nullpunkt

[Bearbeiten] Große Temperaturabhängigkeit von physikalischen Größen

Schallkennimpedanz, Luftdichte und Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lufttemperatur
Temperatur
ϑ in °C
Schallgeschwindigkeit
c in m/s
Dichte
ρ in kg/m³
Kennimpedanz
ZF in Ns/m³
−25 316,0 1,423 449,7
−20 319,1 1,395 445,1
−15 322,3 1,368 440,9
−10 325,4 1,341 436,5
−5 328,5 1,316 432,4
   0 331,5 1,293 428,3
+5 334,5 1,269 424,5
+10 337,5 1,247 420,7
+15 340,5 1,225 417,0
+20 343,4 1,204 413,5
+25 346,3 1,184 410,0
+30 349,2 1,164 406,5
+35 352,1 1,146 403,5


[Bearbeiten] Siehe auch

Wiktionary Wiktionary: Temperatur – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik

[Bearbeiten] Weblinks

Commons Commons: Temperatur – Bilder, Videos und Audiodateien
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