Temperatur von Körpern
Mit den wärmeempfindlichen bzw. kälteempfindlichen Punkten in unserer Haut können wir fühlen, ob Luft oder Wasser heiß, warm oder kalt sind. In den Naturwissenschaften wird die Eigenschaft von Körpern, unterschiedlich heiß oder kalt zu sein, durch die physikalische Größe Temperatur beschrieben.
Die Temperatur von Körpern gibt an, wie heiß oder wie kalt ein Körper ist.
| Formelzeichen: | (griechischer Buchstabe, sprich: theta) |
| Einheiten: | ein Grad Celsius (1 °C) ein Kelvin (1 K) |
Benannt sind die Einheiten nach dem schwedischen Naturforscher ANDERS CELSIUS (1701-1744) und nach dem britischen Physiker LORD KELVIN OF LARGS, wie sich WILLIAM THOMSON (1824-1907) nach der Erhebung in den Adelsstand nennen durfte.
Temperaturdifferenzen werden meist in der Einheit Kelvin (Kurzzeichen: K) angegeben. Es gilt also:
- 20 °C - 16 °C = 4 K oder
- 293 °K - 289 °K = = 4 K
Für die Umrechnung von Kelvin in Grad Celsius gilt:
Für die Umrechnung von Grad Celsius in Kelvin gilt:
Weitere Einheiten der Temperatur sind ein Grad Fahrenheit (1 °F, im englischen Sprachraum z. T. noch gebräuchlich) und ein Grad Réaumur (1 °R), benannt nach dem deutschen Physiker GABRIEL DANIEL FAHRENHEIT (1686-1736) bzw. nach dem französischen Naturforscher RENE-ANTOINE FERCHAULT DE REAUMUR (1683-1757). Nähere Erläuterungen zu den verschiedenen Temperaturskalen sind in den Biografien der betreffenden Naturwissenschaftler bzw. beim Thema „Thermometer“ gegeben.
Ein Überblick über Temperaturen in Natur und Technik ist in Bild 2 gegeben. Aus dieser Übersicht ist auch erkennbar: Es gibt eine tiefstmögliche Temperatur, die bei etwa -273 °C = 0 K liegt. Tiefere Temperaturen sind physikalisch nicht möglich. Nach oben gibt es keine solche Grenze.
Temperaturen in Natur und Technik
Messen der Temperatur
Thermometer arbeiten nach verschiedenen Prinzipien. Sie unterscheiden sich darüber hinaus sowohl im Messbereich als auch in der Messgenauigkeit. Genauere Erläuterungen zu den verschiedenen Arten von Thermometern sind im Artikel „Thermometer“ gegeben.
Unabhängig von der Art des verwendeten Thermometers muss man beim Messen der Temperatur einige Regeln beachten:
- Schätze die Temperatur und wähle ein geeignetes Thermometer aus! Beachte dabei den Messbereich des Thermometers und die notwendige Messgenauigkeit!
- Bringe den Messfühler (z. B. das Thermometergefäß oder den Temperatursensor) in guten Kontakt mit dem Körper, dessen Temperatur gemessen werden soll!
- Warte solange, bis sich die angezeigte Temperatur nicht mehr ändert. Das können z. B. bei der Messung der Lufttemperatur einige Minuten sein.
- Lies die Temperatur an der Skala oder auf dem Display ab!
Temperatur und Teilchenbewegung
Alle Stoffe bestehen aus Teilchen, die sich mehr oder weniger heftig bewegen können. Wie heftig sich die Teilchen eines Stoffes bewegen, 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 heftiger bewegen sich die Teilchen des Stoffes, aus dem der Körper besteht.
Bei Verringerung der Temperatur bewegen sich die Teilchen weniger heftig und bei sehr tiefen Temperaturen kaum noch. Die tiefstmögliche Temperatur ist diejenige, bei der sich die Teilchen nicht mehr bewegen. Diese Temperatur wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Er beträgt 0 K oder -273,15 °C. Dieser absolute Nullpunkt ist zugleich Ausgangspunkt für die Kelvin-Skala, die von dem englischen Naturforscher LORD KELVIN (1834-1907) entwickelt wurde. Den absoluten Nullpunkt fand KELVIN durch theoretische Überlegungen zum Zusammenhang zwischen Temperatur und Teilchenbewegung. Experimentell ist es inzwischen gelungen, Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt im Labor zu erzeugen (siehe Bild 2).
Temperatur und kinetische Energie der Teilchen
Da die Bewegung der Teilchen temperaturabhängig ist und sie sich umso schneller bewegen, je höher die Temperatur ist, besteht auch ein Zusammenhang zwischen der Temperatur eines Körpers und der kinetischen Energie der Teilchen, aus denen er aufgebaut ist:
Die Temperatur eines Körpers ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie seiner Teilchen.
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