Was ist Temperatur?
Temperatur ist die Intensität der Hitze oder Kälte eines Objekts. Die thermodynamische Temperatur kann als ein Maß für die kinetische Energie von Molekülen (oder Atomen) des Objekts definiert werden. Je schneller sich die Moleküle in einem Objekt bewegen, desto höher ist im Allgemeinen die kinetische Energie und Temperatur.
Ein anderer Ansatz zur Temperaturdefinition ist die Betrachtung von zwei Objekten aus verschiedenen Metallen (Wärmeleiter). Wenn diese Objekte lange genug in Kontakt bleiben, erreichen sie einen Zustand des "thermischen Gleichgewichts". Gleichgewicht bedeutet, dass die Objekte keine Netz- (Wärme-) Energie mehr übertragen. Wir würden dann sagen, dass die gegebenen zwei Objekte die gleiche Temperatur haben. Dies ist die Eigenschaft, die zum Messen der Temperatur verwendet werden kann. Wenn wir ein Thermometer in Kontakt mit dem Objekt halten (dessen Temperatur ermittelt werden soll), kann die Temperatur des Objekts bestimmt werden, wenn das Gleichgewicht erreicht ist. Bei sehr heißen, bewegten oder weit entfernten Objekten verwenden wir jedoch im Allgemeinen die Intensität der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), um die Temperatur zu messen. Wissenschaftler haben auch Thermometer entwickelt, die durch Messung der Schallgeschwindigkeit in Gas arbeiten.
Temperaturskalen
Drei gebräuchliche Temperaturskalen sind Celsius (C), Fahrenheit (F) und Kelvin (K). Eine vierte Skala, die Rankine (R), wird für einige technische Zwecke verwendet. In diesem Maßstab ist die Grad-Größe die gleiche wie auf der Fahrenheit-Skala und ihre Null ist am absoluten Nullpunkt. Der Kelvin ist die Basiseinheit der Temperatur im Internationalen Einheitensystem (SI).
Die Celsius-Skala
Die Celsius-Skala wurde von dem schwedischen Astronomen Anders Celsius erfunden. In dieser Skala ist der Unterschied zwischen den Temperaturen der Gefrier- und Siedepunkte von Wasser in 100-Einheiten oder Grad unterteilt. Der Gefrierpunkt wird auf 0 Grad Celsius eingestellt und der Siedepunkt wird auf 100 Grad Celsius eingestellt, beide im Standardatmosphärendruck. Diese Skala wird oft als Celsius-Skala bezeichnet, da der Abstand zwischen den beiden definierten Punkten (Gefrier- und Schmelzpunkte von Wasser) 100-Grad beträgt.
Die Kelvin-Skala
Wenn Materialien gekühlt werden, verlieren sie Wärme und ihre Temperatur nimmt ab. Theoretisch können wir ein Objekt abkühlen, bis keine Wärme mehr vorhanden ist. Die Temperatur an diesem Punkt wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Der Nullpunkt der Kelvin-Skala wird an diesem Punkt eingestellt. Da keine Temperatur unter dem absoluten Nullpunkt liegt, hat die Kelvin-Skala keine negativen Temperaturen. In dieser Skala ist der Gefrierpunkt von Wasser 273.15 K und sein Siedepunkt ist 373.15 K.
Umrechnung zwischen Celsius und Kelvin
Sowohl in der Kelvin- als auch in der Celsius-Skala ist der Unterschied zwischen dem Gefrierpunkt von Wasser und seinem Siedepunkt 100-Einheiten. Daher können wir 1 K = 1 Grad Celsius sagen. Die Startpunkte beider Skalen sind jedoch unterschiedlich. Die Kelvin-Skala beginnt bei absolutem Nullpunkt und in dieser Skala gefriert das Wasser bei 273.15 K. Auf der Celsius-Skala hingegen wird Null (0 Grad Celsius) auf den Gefrierpunkt von Wasser gesetzt. Um die beiden Skalen gleichzusetzen, sagen wir: Gefrierpunkt von Wasser = 273 K = 0 Grad Celsius. Das heißt, K = C + 273.15 oder C = K - 273.15.
