Temperatur
Schlagwörter: Temperatur, warm, kalt, relativ, Thermometer, Grad Celsius, °C
Was ist Temperatur?
Beispiel
Eine Suppe, die eine Temperatur von 25°C hat, ist relativ kalt. Wenn hingegen die Ostsee eine Temperatur von 25°C hat, dann ist das relativ warm. An einem Sommertag mit 15°C sagt ihr, „es ist kalt“, während ihr bei der gleichen Temperatur im Winter von einem warmen Tag sprecht.
Wir können das auch mit einem einfachen Versuch simulieren. Stellt 4 Schalen vor euch auf. In die linke Schale füllt ihr sehr warmes Wasser und in die rechte Schale sehr kaltes Wasser. Die beiden Schalen in der Mitte werden mit lauwarmem Wasser gefüllt. Haltet jetzt eure Hände für ca. 20 s in die äußeren Schalen und wechselt dann in die mittleren Schalen.
Solange die Hände in den äußeren Schalen sind, wird das Wasser links als heiß und rechts als sehr kalt wahrgenommen. Wenn du nach ca. 20 s die Hände in die mittleren Schalen legst, dann empfindest du das Wasser in der einen Schale als kalt und in der andern Schale als warm.
Obwohl das Wasser in den beiden mittleren Schalen die gleiche Temperatur hat, wird seine Temperatur unterschiedlich wahrgenommen. Unser Körper stellt dabei einen Vergleich an. Die Hand, die aus der kalten Schale kam, nimmt eine Temperaturerhöhung wahr. Die Hand die aus der Schale mit dem heißen Wasser kam, nimmt eine Temperaturabsenkung war. Unser Körper setzt die Temperaturen in ein Verhältnis. Man sagt auch der Körper stellt eine Relation dar.
Der Versuch zeigt, unser Temperaturempfinden ist relativ.
Die physikalische Größe der Temperatur gibt uns die Möglichkeit einer objektiven Angabe.
Zur Größe Temperatur
Formelzeichen: T oder θ (T wird häufig für die absolute Temperatur in Kelvin genutzt, θ für die Temperatur in 1°C
Einheit: Es gibt verschiedene Temperatureinheiten (Grad-Celsius, Kelvin, Fahrenheit, Réaumur).
Wir werden uns auf die Einheiten Grad-Celsius und Kelvin beschränken.
Messgerät – das Thermometer
Ein Thermometer besteht im Wesentlichen aus
- Vorratsgefäß
- Steigrohr
- Thermometerflüssigkeit
- Thermometerskala / Skala
Wie eine Thermometerskala erstellt wird, wird hier beschrieben.
Um das Funktionsprinzip eines Thermometers zu verstehen, müssen wir uns ansehen, was bei Erwärmung und Abkühlung von Stoffen passiert.
Was passiert in einem Körper bei Erwärmung?
Alle Körper bestehen aus Atomen. Diese Atome sind in Gittern, Ketten, Ringen, … angeordnet. Je wärmer ein Körper ist, desto schneller schwingen die Atome.
keine Bewegung der Teilchen, absoluter Nullpunkt 0 K = -273°C
langsame Bewegung der Teilchen, niedrige Temperatur
schnelle Bewegung der Teilchen, höhere Temperatur
Die Temperatur ist also ein Maß dafür, wie schnell sich die Atome in einem Körper bewegen.
oder:
Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie aller Teilchen eins Körpers.
Je stärker die Teilchen schwingen, desto mehr Platz nehmen sie ein. Alle Körper (außer Wasser) dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung wieder zusammen.
Entwicklung der Temperaturskalen
Um eine Skala zu entwickeln, reichen zwei Fixpunkte aus. Es vereinfacht die Wiederholung, wenn diese Fixpunkte leicht herzustellen sind.
Die Celsius-Skala
Der schwedische Physiker Anders Celsius wählte 1742 für seine Skala die Fixpunkte:
- Schmelzpunkt des Eises / Gefrierpunkt des Wassers
- Siedepunkt des Wassers
Den Schmelzpunkt des Eises legte Celsius auf 0°C und den Siedepunkt des Wassers auf 100°C fest. Die Skalenlänge zwischen den Fixpunkten teilte er in 100 gleiche Teile. Oberhalb von 100°C und unterhalb von 0°C setzte er die Einteilung fort.
Warum hat sich die Celsius-Skala fast weltweit durchgesetzt?
Die geniale Idee von Celsius war es, die Fixpunkte seiner Skala so zu wählen, dass sie weltweit leicht zu reproduzieren waren. Selbst im Unterricht können wir die beiden Fixpunkte leicht nachstellen und so eine Skala selber erstellen.
Außer in den USA und einigen kleineren Staaten in der Karibik, wird weltweit die Celsius-Skala genutzt.
Wasser gefriert bei 0°C und siedet bei 100°C. Diese Aussage ist nur bei Normaldruck korrekt. Wenn wir ein Hoch- oder Tiefdruckgebiet haben, dann kann die Siedetemperatur von den angenommenen 100°C abweichen.
Auch in höheren Lagen nimmt der Luftdruck ab.
In den meisten Klassenräumen in Deutschland sollte die Höhe keinen signifikanten Einfluss auf den oberen Fixpunkt haben. In höheren Lagen kann die Siedetemperatur aber schon bei 95°C liegen.
Anders sieht es z.B. im Himalaya aus. Am Fuße des Mt. Everest, im Kloster Rongbuk in Tibet (Höhe ca. 5500 m) beträgt der Luftdruck nur noch die Hälfte des Luftdrucks auf N.N. Hier siedet das Wasser bereits bei ca. 80°C.
Auf dem Mt. Everest (8848 m), beträgt der Luftdruck nur noch 35% des Luftdrucks auf N.N. Damit siedet das Wasser auch bereits bei ca. 70°C.