Nun, bevor ich auf die verschieden Temperaturskalen eingehe, möchte ich noch kurz auf die
Temperatur im Allgemeinen eingehen. Wie schon erwähnt, beschreibt die Temperatur quasi die in der
Luft enthaltene Wärme(-energie) und die Wärmeenergie ist nichts anderes als die Bewegung
der Teilchen der Luft.
Die Teilchen der Luft (Luftmoleküle) sind generell ständig in Bewegung. Da die Luftmoleküle
fortlaufend zusammenstoßen, ist diese Bewegung ziemlich ungeordnet und zufällig. Wenn
die Luft nun wärmer ist, so ist auch die Bewegung heftiger, und somit auch die
Geschwindigkeit der Luftmoleküle. Wenn die Luft kälter ist, so bewegen sich die Teilchen
nicht mehr so schnell und auch die Zusammenstöße sind nicht so heftig. Dies geht theoretisch
so weit, bis die Luftteilchen sich nicht mehr bewegen. Diesen Punkt des totalen Erliegens der Bewegung
nennt man absoluten Nullpunkt. Es "herrscht" also quasi keine Wärme mehr, was nun wirklich
kein netter Gedanke wäre und, vorgreifend geschrieben, bei -273,15 °C eintritt. Aber diese
Kälte tritt zum Glück normalerweise nicht ein und auch an noch so kalten Wintertagen besitzt
die Luft Wärme und die Luftmoleküle bewegen sich; ungeordnet zwar, aber im Mittel doch der
"herrschenden" Wärme entsprechend. Und genau dieser Umstand bringt nun die Temperatur ins Spiel.
Nach der kinetischen Gastheorie hängt nämlich die Temperatur mit der mittleren Bewegungsenergie (kinetische
Energie) eindeutig zusammen.
Formelmäßig wird dieser Zusammenhang beschrieben durch:
T = 2 Ekin, mol / 3 k ,
wobei T die absolute Temperatur, E
kin, mol die mittlere kinetische Energie der Luftmoleküle und
k die Boltzmann-Konstante (k = 1,38 * 10
-23 Joule/Kelvin (J/K); benannt nach dem österreichischen
Physiker und Mathematiker Ludwig Boltzmann (1844-1906), dessen Hauptarbeitsgebiete die
Wärmetheorie und die Strahlung waren).
Hieraus ergibt sich dann auch die Temperaturskala, die im naturwissenschaftlich-technischen Bereich
verwendet wird,
die Kelvin-Skala.
1. Die Kelvin-Skala:
Die Einheit der
Kelvin-Skala ist das Kelvin (K). Die
Kelvin-Skala wird auch als
Absolutskala bezeichnet, denn ihr Nullpunkt (0 K) fällt mit dem absoluten Nullpunkt zusammen,
an dem, wie erwähnt, jede Molekülbewegung zum Erliegen kommt. Zur weiteren Festlegung der
Skala werden noch der Gefrier- und Siedepunkt von reinem Wasser bei dem mittleren Luftdruck an der
Erdoberfläche (1013,15 hPa) herangezogen. Die Differenz zwischen diesen beiden Punkten wird dann in
100 Schritte (Grade) geteilt. Schließlich erhält man so den Gefrierpunkt bei 273,15 K und
logischerweise den Siedepunkt von Wasser bei 373,15 K. Bei der
Kelvin-Skala gibt es dadurch keinen
Minus-Bereich.
Benannt wurde die
Kelvin-Skala nach dem britischen Physiker Lord Kelvin of Largs (1824-1907),
der vor seiner Adligsprechung im Jahre 1892 Sir William Thompson hieß und besonders auf dem
Gebiet der Thermodynamik forschte. Von ihm (mit Anderen zusammen) stammt der bei vielen
Prüfungen abgefragte zweite Hauptsatz der Thermodynamik (1848).
2. Die Cesius-Skala:
Die
Celsius-Skala ist wohl die bekannteste und verbreitetste Temperaturskala und die Einheit der
Celsius-Skala ist das Grad Celsius (°C). Ähnlich wie bei
der Kelvin-Skala, dienen bei der Festlegung der
Celsius-Skala der Gefrierpunkt und Siedepunkt
von reinem Wasser (bei dem mittleren Luftdruck am Erdboden von 1013,15 hPa) als Fixpunkte. Auch hier wird
die Differenz zwischen diesen beiden Phasenänderungspunkten in 100 Teile geteilt. Doch im Gegensatz
zur Kelvin-Skala legt man den Gefrierpunkt als Nullpunkt (0 °C) fest und somit liegt der absolute Nullpunkt
(bei dem jede Molekülbewegung zum Erliegen kommt) bei -273,12 °C und die Umrechnungsformel von Grad Celsius
in Grad Kelvin lautet:
Temp. in K = 273,15 + Temp. in °C,
wobei die Schrittweite natürlich die Gleiche ist (1 °C = 1 K).
Den Namen
Celsius-Skala verdankt diese Temperaturskala, die mitunter auch als
Centisimalskala bezeichnet wird, dem schwedischen Astronom Anders Celsius
(1701-1744), der zwei Jahre vor seinem Tod, also 1742, den Gedanken zu dieser Einteilung
veröffentlichte. Doch dabei legte Celsius vorerst den Gefrierpunkt auf 100 °C und den
Siedepunkt auf 0 °C fest (also genau anders herum; vielleicht hieß er deshalb Anders? ;-)).
Die Umkehrung in die heute übliche Form nahm dann Linné vor.
3. Die Fahrenheit-Skala:
Obwohl in Deutschland und der Mehrzahl der anderen Länder dieser Welt eher wenig verbreitet, genießt
die
Fahrenheit-Skala vor allem in angelsächsischen Ländern (und hier besonders in den USA)
große Beliebtheit und Verwendung. 1714 wurde die
Fahrenheit-Skala vom Danziger Physiker,
Instrumentenbauer und Glasbläser Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) eingeführt. Bei der Umrechnung von
Temperaturen der
Fahrenheit-Skala in die uns gewohnten Celsius Temperaturen besteht dabei folgende Beziehung:
Temperatur in °C = 5/9 (Temperatur in °F - 32).
Die Herkunft beiden Fixpunkte (0° Fahrenheit (F) und 100°F), die dieser Skala zugrunde
liegen, ist ganz interessant. Den oberen Fixpunkt von 100°F legte Fahrenheit auf die
normale Körpertemperatur des Menschen. Rechnet man nun mal nach der Formel 100 °F in eine Celsius
Temperatur um, so stellt man fest, daß Fahrenheit anscheinend bei der Bestimmung der normalen
Körpertemperatur ein wenig ungenau arbeitete, da 100 °F genau 37.8 °C entsprechen und dies
schon eine leicht erhöhten Temperatur entspricht.
Als unterer Fixpunkt (0 °F) diente Fahrenheit die Temperatur, die ein bestimmtes Gemisch aus
Eis und Salz annimmt. Mitunter liest man, dass der untere Fixpunkt die tiefste bis dato je
gemessene Lufttemperatur in Danzig, also - 17.8°C, darstellt. Aber diese Geschichte
dürfte eher im Sinne einer lebendigen Aufbereitung im Sinne
"das-hört-sich-viel-interessanter-an" liegen. Nach meiner Meinung stellt dieser
Wert (0 °F) die tiefste Temperatur dar, die man damals mit den vorhandenen Mittel
reproduzierbar erzeugen konnte.
Obwohl man es sich nach obiger Formel selbst ausrechnen kann, will ich hier nur noch anführen,
daß der Siedepunkt von Wasser auf der
Fahrenheit-Skala bei 212 °F und der
Gefrierpunkt bei 32 °F liegen.
4. Die Réaumur-Skala:
Die
Réaumur-Skala basiert, wie die Celsius-Skala, auch auf dem Unterschied zwischen
dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser. Nur wird hier nicht die Differenz in 100 Grade
unterteilt, sondern in
80 Grade. Mit der Einheit der
Réaumur-Skala, daß
das Réaumur-Grad (Zeichen: °R) ist, liegt nun der Gefrierpunkt von Wasser bei 0 °R
und der Siedepunkt bei 80 °R. Eingeführt wurde diese Temperaturskala, die heute nicht
mehr in Gebrauch ist, im Jahre 1730 von dem französischen Naturforscher und Mitglied der
Academie Paris René Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) (Er erfand auch das
Alkoholthermometer und das Réaumursche Porzellan). Von dem Schweizer Geologen und
Meteorologen Jean André Deluc (1727-1817) wurde die Skala dann später in ihre
endgültige Form gebracht.
Bei der Umrechnung der Réaumur-Grade in die gewohnten Celsius-Grade besteht dabei folgende
Beziehung:
Temperatur in °C = 5/4 Temperatur in °R.
Hier noch ein kleiner Umrechner:
(Einfach in ein Feld die Größe eingeben und dann auf "rechnen" drücken.
Funktioniert nur mit Javascript)
