1.2 Temperatur messen
- Autor:
- R. Kanevski
Einleitung
Du weißt jetzt, dass unser Temperaturempfinden subjektiv ist, es ist von der einzelner Person und von ihrer Erfahrung abhängig.
Wenn du also die Temperatur genau wissen möchtest, brauchst du dafür eine objektive Methode. Dabei hilft dir ein Messinstrument: Ein Thermometer.
In diesem Kapitel beschäftigst du dich mit folgenden Fragen:
1. Wie legte Celsius die nach ihm benannte Temperaturskala fest?
2. Worin liegen die Unterschiede und die Gemeinsamkeiten der Celsius- , Fahrenheit -und der Kelvin-Temperaturskala?
3. Wie kann man die Temperaturskalen umrechnen?
4. Welche Überlegung führte zur Einführung der thermodynamischen Temperaturskala durch Lord Kelvin?
Lies zuerst in deinem Buch s. 116.117, schau dir danach das Video an.
Aufbau und Funktion eines Flüssigkeitsthermometers
Möchte man nun mit dem Thermometer Temperaturen messen, so muss man es kalibrieren, d.h. mit einer Messskala versehen.
Die ersten Thermometer waren meist Flüssigkeitsthermometer. Erhöht sich die Temperatur, so dehnt sich die Flüssigkeit im Vorratsgefäß aus und die Flüssigkeit steigt im Steigrohr (auch Kapillare genannt) nach oben.
Dazu benötigt man zwei Fixpunkte. Als solche Fixpunkte wählt man Bedingungen, die immer wieder leicht hergestellt werden können. Der Zwischenraum zwischen diesen Punkten wird z.B. in 100 gleiche Teile geteilt. Die Wahl der Zahl 100 ist dabei willkürlich. Man könnte z.B. auch 50 Teile wählen.
Außerdem setzt eine gleichmäßige Teilung voraus, dass sich die Thermometerflüssigkeit auch gleichmäßig ausdehnt. Die meisten Flüssigkeiten tun dies nicht!
Quecksilber dehnt sich gleichmäßig aus. Daher hat man es in der Vergangenheit häufig als Thermometerflüssigkeit verwendet. Heute ist man allerdings von Quecksilber abgekommen. Wenn ein solches Thermometer kaputt geht, hat man das Problem, dass das verdampfende Quecksilber sehr giftig is.
Übetrage die beschriftete Skizze in dein Heft.
Ordne den Pins im Bild die richtigen Begriffe zu! (Zum Beginn bitte irgend einen Pin anklicken)
Celsius, Fahrenheit und Kelvin- drei Temperaturskalen
In Europa ist fast überall die Temperaturskala nach Celsius üblich. In anderen Ländern, vor allem in den USA, wird die Temperaturskala nach Fahrenheit benutzt. In der Wissenschaft ist die Kelvinskala ganz wichtig. Herr Celsius und Herr Fahrenheit waren Zeitgenossen. Lord Kelvin wurde über 100 Jahre später geboren.
- Wer waren die Namensgeber der beiden Temperaturskalen?
- Wie haben sie die Fixpunkte ihrer Temperaturskala festgelegt?
- Wie kann man die beiden Temperaturskalen ineinander umrechnen?
Recherchiere in deinem Schulbuch und im Internet und erstelle eine Tabelle:
Umrechnung von Celsius in Fahrenheit und umgekehrt. Notiere die Formeln und die Fausregeln auf!
Eine Faustformel, die für "normale" Temperaturen im Alltag eine brauchbare Abschätzung erlaubt: "Nimm die Temperatur in Celsius und multipliziere sie mit 2. Addiere dann 32 dazu".
Eine Faustformel, die für "normale" Temperaturen im Alltag eine brauchbare Abschätzung erlaubt:
"Nimm die Temperatur in Fahrenheit und ziehe 32 ab. Dividiere das Ergebnis durch 2.".
Umrechnung zwischen Celsius und Fahrenheitskalen. Schiebe passende Karten zusammen!
Kelvinskala
Kelvinskala beginnt mit absoluten Nullpunkt. Was bedeutet das?
Die Temperaturskalen sind nach oben offen, das heißt: Es gibt keine obere Grenze für Temperatur. Das ist auf den ersten Blick nicht ganz einsichtig, denn die Temperatur ist ein Maß für die mittlere
Bewegungsenergie der Teilchen eines Körpers, und die wiederum wird außer von der Masse der Teilchen von deren Geschwindigkeit bestimmt. Die Geschwindigkeit eines jeden Objekts aber ist nach der Speziellen Relativitätstheorie durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt: Kein Objekt kann mehr als Lichtgeschwindigkeit
erreichen, egal wie leicht es ist. Das gilt auch für Elektronen und Protonen, die in Beschleunigungsanlagen, etwa beim CERN in Genf, durch ungeheuren Energieaufwand beschleunigt werden. Selbst dieser Grenzgeschwindigkeit kann man sich nur bis auf Bruchteile eines Prozents nähern.Der Grund für diese Beschränkung liegt in der Masse der schnell bewegten Teilchen: Bei sehr hohen Geschwindigkeiten vergrößert sich deren Masse mit der Geschwindigkeit immer mehr. Bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit geht selbst die Masse eines Elektrons gegen Unendlich, so dass keine weitere Beschleunigung mehr möglich wird. Die Geschwindigkeit eines Teilchens unterliegt daher einer Schranke, nicht aber die für die Temperatur maßgebliche Bewegungsenergie, die wegen der Massenzunahme bei hohen Geschwindigkeiten unbegrenzt ansteigen kann.
Im Gegensatz dazu gibt es zu tiefen Temperaturen hin eine Grenze, die nicht unterschritten, ja nicht einmal genau erreicht werden kann: Den absoluten Nullpunkt bei -273,15 °C. Man kann sich das grob (und nicht ganz mit quantenphysikalischen Gesetzen in Einklang stehend) so vorstellen, dass bei dieser Temperatur die Teilchenbewegung "einfriert" und damit ein Zustand maximaler Ordnung erreicht wird.
Außerdem geht bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt die spezifische Wärmekapazität aller Stoffe gegen 0, so dass es schließlich unmöglich wird, ihnen auf irgendeine Weise thermische Energie zu entziehen. Damit wird eine weitere Abkühlung unmöglich.Bei der Annäherung an den absoluten Nullpunkt zeigen eine Reihe von Stoffen überraschende Eigenschaften: Ihr elektrischer Widerstand verschwindet völlig (Supraleitung), flüssiges Helium 3 verliert seine Viskosität (Zähigkeit), kriecht also von alleine aus einem Gefäß wieder heraus. Das nennt man Suprafluidität.
Umrechnung Celsiusskala in Kelvinskala und umgekehrt
Schreibe die Umrechnungsformeln auf!
Fausregel:
Kelvinwert= Celsiuswert+273
Celisuswert= Kelvinwert-273
Kelvinskala ist für viele technische Anwendungen wichtig!
Umrechnung zwischen Celsius- und Kelvinskalen
Teste dein Wissen über die drei Temperaturskalen
Wichtige Temperaturen in Natur und Technik
WERDE AKTIV! Lade bei ISERV hoch.
Erstelle eine Thermometerskala von -400°C bis 400°C (Nimm das Blatt im Querformat)
Trage folgende Temperaturen ein. Recherchiere, wenn du die Angaben nicht kennst. Schreibe leserlich!
1. Absoluter Nullpunkt
2. Siedepunkt von Wasser
3. Schmelzpunkt von Wasser
4. 263 K
5. Körpertemperatur des Menschen
6. 0 K
7. Temperatur im Backoffen (Pizza backen)
8. Temperatur in der Tiefkühltruhe
9. Wasser hat seine größte Dichte
10. 173 K
11. Gefrierpunkt des Wassers
12. Glühfaden der Glühlampe
13. Temperatur der Streichholzflamme
14. Temperatur im Kühlschrank