Thermodynamik
Energetische Grundlagen
 – Video

Unterschiedliche Temperaturen begegnen uns im Haushalt im Kühlschrank, auf dem Herd oder auch im Sommer und Winter. Doch was ist Temperatur eigentlich? Das erfährst du hier%und in unserem kurzen Video.

Temperatur einfach erklärt

Die Temperatur ist eine Zustandsgröße, die angibt wie heiß oder kalt ein Körper ist. Hohe Temperaturen bezeichnest du als warm, niedrige Temperaturen als kühl. 

Das Formelzeichen der Temperatur ist T und ihre SI-Einheit heißt Kelvin (K). Ebenfalls verbreitet ist die Angabe in Grad Celsius (°C). Hier lautet das Formelzeichen \vartheta. Gemessen wird die Temperatur meist mithilfe von Thermometern.

Die Wärmeempfindung des Menschen hängt nicht allein von der Temperatur ab. So kann sich die gefühlte Temperatur, die dein Körper wahrnimmt, teilweise deutlich von der messbaren absoluten Temperatur unterscheiden.

Temperaturskalen und Einheiten

Die SI-Einheit der Temperatur ist Kelvin und geht auf den Physiker Lord Kelvin of Largs zurück. Ein Schritt auf der Kelvin-Skala ist genauso groß wie eine Einheit auf der Celsius- Skala. Das bedeutet eine Temperaturdifferenz von 5 K ist genauso groß wie eine Temperaturdifferenz von 5°C. Die Einheit ‚Grad Celsius‘ ist nach Anders Celsius benannt und wird besonders im deutschsprachigen Raum bevorzugt verwendet. 

Daneben gibt es die Einheit Grad Fahrenheit, die vor allem in den USA Verwendung findet. Umrechnungen wie Fahrenheit in Celsius oder Celsius in Kelvin findest du in unserer Tabelle.

  • Temperatur in Kelvin (K): TK
  • Temperatur in Grad Celsius (°C): \vatheta
  • Temperatur in Grad Fahrenheit (°F): TF
  Kelvin (K) Grad Celsius (°C) Grad Fahrenheit (°F)
TK =T_\si{K} =\vartheta+273,15 =\frac{T_{\si{F}}+459,67}{1,8}
\vartheta =T_{\si{K}}-273,15 =\vartheta =\frac{T_{\si{F}}-32}{1,8}
TF =T_{\si{K}}\cdot1,8-459,67 =\vartheta\cdot1,8+32 =T_\si{F}

Die Einteilung in Grad Celsius orientiert sich an dem Gefrier- und Siedepunkt von Wasser. Ihre Differenz wurde in 100 gleichgroße Schritte aufgeteilt, sodass du den Gefrierpunkt heute bei 0°C und den Siedepunkt bei 100°C findest.

Für die Kelvin-Skala wurde ein anderer Fixpunkt gewählt. Sie startet am absoluten Nullpunkt. Das ist die tiefste mögliche Temperatur. Sie liegt bei -273,15°C beziehungsweise 0K. Die Größe der Skaleneinheiten entspricht derjenigen auf der Celsius-Skala.

fahrenheit in celsius, temperature, kelvin in grad, celsius in kelvin, kelvin in celsius, temperaturen, grad in kelvin, temperatur messen, temperatur mensch, umrechnung fahrenheit celsius, fahrenheit umrechnung, umrechnung fahrenheit in celsius, grad celsius zeichen, raumtemperatur messen, umrechnung celsius fahrenheit, umrechnung fahrenheit, kelvin celsius, fahrenheit celsius rechner, kelvin to celsius, temperaturskala, grad celsius in kelvin, celsius fahrenheit rechner, f in c, gefühlte temperatur, temperaturmessung, grad celsius in fahrenheit, celsius to kelvin, flüssigkeitsthermometer, was ist wärme, fahrenheit zu celsius, umrechnung grad fahrenheit, 0 grad fahrenheit, temperatur umrechnen, zimmertemperatur messen, feuer temperatur, 0 fahrenheit, grad fahrenheit in celsius, 0 grad celsius in kelvin, temparatur, kelvin in grad celsius, fahrenheit grad, was ist temperatur, temperaturdifferenz, temperatureinheit, c in k, 20 grad fahrenheit, grad kelvin, 100 grad fahrenheit, temperaturbezeichnung, 0 grad kelvin, fahrenheit umrechnung, celsius kelvin, 0 kelvin in grad, kelvin grad, fahrenheit in celsius umrechnen, temperaturdifferenz berechnen, umrechner fahrenheit celsius, innentemperatur messen, absolute temperatur, temperatur symbol, themperatur, temperatur in kelvin, kelvin einheit, umrechnung kelvin celsius, umrechnung fahrenheit c, 0 grad in kelvin, formelzeichen temperatur, 0 grad celsius in fahrenheit, fahrenheit in celsius formel, umrechnung fahrenheit in grad celsius, kelvin umrechnen, temperatur zeichen, fahrenheit celsius tabelle, c to k, fahrenheit in grad celsius, celsius in fahrenheit formel, °f in °c, umrechnung celsius in fahrenheit, temperatur formelzeichen, temperatur einheiten, 20 grad in kelvin, temperatur berechnen, grad temperatur, temperatur feuer, umrechnung temperatur, °c in k, temperatureinheiten, durchschnittstemperatur mensch, temperatur körper, raumtemperatur messgerät, 273,15, temperatur definition, temperaturskalen, 100 grad fahrenheit in celsius, 50 grad fahrenheit, temperaturunterschied, temperatur physik, wassertemperatur messen, raumtemperatur in kelvin, temperatur höhe tabelle, fahrenheit celsius formel, wärme definition, 0 c in kelvin, 100 kelvin in grad, temperaturempfinden, fahrenheit in kelvin, tiefste mögliche temperatur, außentemperatur messen, temperaturunterschied berechnen, kelvin in c, mittlere temperatur, wassertemperatur messen ohne thermometer, temperatur messen ohne thermometer, raumtemperatur messen ohne thermometer, definition wärme, tiefstmögliche temperatur, 20 grad celsius in fahrenheit, wie wird die temperatur gemessen, 1 fahrenheit, definition temperatur, kelvin grad celsius, oberflächentemperatur messen, celsius zu fahrenheit, k physik, temperatu, temperatur einheit, k in °c, 10 grad in fahrenheit, 20°c in k, temperaturabnahme höhe, thermodynamische temperatur, 5 grad fahrenheit, 325 grad fahrenheit, 0° fahrenheit to celsius, temperaturabhängig, 0 celsius in fahrenheit, 15 grad in fahrenheit, formel fahrenheit celsius, lufttemperatur messen, theta temperatur, 100 grad in kelvin, temperatur messen, 30 grad celsius in fahrenheit, fahrenheit zu celsius formel, 28 grad in fahrenheit
direkt ins Video springen
Vergleich der Temperaturskalen

Teilchenbewegung

Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen . Schauen wir uns die Temperatur eines Stoffes an, dann kannst du Temperatur als Bewegung der Teilchen wahrnehmen.

Die kleinsten Bestandteile jedes Stoffes sind nämlich ständig in Bewegung. Dabei lässt sich eine mittlere Bewegungsenergie \overline{E}_{kin} feststellen. Steigt nun die Temperatur des Stoffs, so beginnen die Teilchen, sich schneller zu bewegen. Die Temperatur gibt also an, wie heftig sich die Teilchen eines Stoffs bewegen (T\sim\overline{E}_{kin}).

Das Ausmaß der Bewegung hängt von der Temperatur des Stoffes ab. Bei hoher Temperatur ist die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen hoch, bei sinkender Temperatur nimmt auch die kinetische Energie ab.

fahrenheit in celsius, temperature, kelvin in grad, celsius in kelvin, kelvin in celsius, temperaturen, grad in kelvin, temperatur messen, temperatur mensch, umrechnung fahrenheit celsius, fahrenheit umrechnung, umrechnung fahrenheit in celsius, grad celsius zeichen, raumtemperatur messen, umrechnung celsius fahrenheit, umrechnung fahrenheit, kelvin celsius, fahrenheit celsius rechner, kelvin to celsius, temperaturskala, grad celsius in kelvin, celsius fahrenheit rechner, f in c, gefühlte temperatur, temperaturmessung, grad celsius in fahrenheit, celsius to kelvin, flüssigkeitsthermometer, was ist wärme, fahrenheit zu celsius, umrechnung grad fahrenheit, 0 grad fahrenheit, temperatur umrechnen, zimmertemperatur messen, feuer temperatur, 0 fahrenheit, grad fahrenheit in celsius, 0 grad celsius in kelvin, temparatur, kelvin in grad celsius, fahrenheit grad, was ist temperatur, temperaturdifferenz, temperatureinheit, c in k, 20 grad fahrenheit, grad kelvin, 100 grad fahrenheit, temperaturbezeichnung, 0 grad kelvin, fahrenheit umrechnung, celsius kelvin, 0 kelvin in grad, kelvin grad, fahrenheit in celsius umrechnen, temperaturdifferenz berechnen, umrechner fahrenheit celsius, innentemperatur messen, absolute temperatur, temperatur symbol, themperatur, temperatur in kelvin, kelvin einheit, umrechnung kelvin celsius, umrechnung fahrenheit c, 0 grad in kelvin, formelzeichen temperatur, 0 grad celsius in fahrenheit, fahrenheit in celsius formel, umrechnung fahrenheit in grad celsius, kelvin umrechnen, temperatur zeichen, fahrenheit celsius tabelle, c to k, fahrenheit in grad celsius, celsius in fahrenheit formel, °f in °c, umrechnung celsius in fahrenheit, temperatur formelzeichen, temperatur einheiten, 20 grad in kelvin, temperatur berechnen, grad temperatur, temperatur feuer, umrechnung temperatur, °c in k, temperatureinheiten, durchschnittstemperatur mensch, temperatur körper, raumtemperatur messgerät, 273,15, temperatur definition, temperaturskalen, 100 grad fahrenheit in celsius, 50 grad fahrenheit, temperaturunterschied, temperatur physik, wassertemperatur messen, raumtemperatur in kelvin, temperatur höhe tabelle, fahrenheit celsius formel, wärme definition, 0 c in kelvin, 100 kelvin in grad, temperaturempfinden, fahrenheit in kelvin, tiefste mögliche temperatur, außentemperatur messen, temperaturunterschied berechnen, kelvin in c, mittlere temperatur, wassertemperatur messen ohne thermometer, temperatur messen ohne thermometer, raumtemperatur messen ohne thermometer, definition wärme, tiefstmögliche temperatur, 20 grad celsius in fahrenheit, wie wird die temperatur gemessen, 1 fahrenheit, definition temperatur, kelvin grad celsius, oberflächentemperatur messen, celsius zu fahrenheit, k physik, temperatu, temperatur einheit, k in °c, 10 grad in fahrenheit, 20°c in k, temperaturabnahme höhe, thermodynamische temperatur, 5 grad fahrenheit, 325 grad fahrenheit, 0° fahrenheit to celsius, temperaturabhängig, 0 celsius in fahrenheit, 15 grad in fahrenheit, formel fahrenheit celsius, lufttemperatur messen, theta temperatur, 100 grad in kelvin, temperatur messen, 30 grad celsius in fahrenheit, fahrenheit zu celsius formel, 28 grad in fahrenheit
direkt ins Video springen
Temperatur als Bewegung der Teilchen

Damit lässt sich der absolute Nullpunkt, an dem sich die Kelvin-Skala orientiert, erklären. Der Nullpunkt stellt die tiefstmögliche Temperatur dar — also die Temperatur, bei der sich die Teilchen überhaupt nicht mehr bewegen.

Wärmeübertragung

Die Temperaturen zweier Körper gleichen sich an, sobald sie in Wärmekontakt stehen. Dabei wird die Wärme immer von dem Körper mit der höheren Temperatur zum kälteren übertragen.

Die wärmeren — und deswegen schnelleren — Teilchen stoßen die langsameren Teilchen an und versetzen sie so ebenfalls in Bewegung. Das passiert so lange, bis kein Temperaturunterscheid mehr besteht.

Den Vorgang nennst du Wärmeleitung. Es gibt drei Arten der Wärmeübertragung:

  • Wärmeleitung
  • Konvektion
  • Wärmestrahlung

Konvektion tritt nur im Zusammenhang mit Flüssigkeiten und Gasen auf. Dabei wird Wärme von strömenden Teilchen mitgeführt, die sich unter den kühleren Stoff mischen und so die Energie übertragen.

Darüber hinaus sendet jeder Körper mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt Wärmestrahlung aus. Die Strahlung wird von anderen Körpern aufgenommen und somit Wärme übertragen.

Temperaturmessung

Temperaturen können mit und ohne Kontakt gemessen werden. Bei der kontaktlosen Messung machst du dir die Wärmestrahlung zunutze, die jeder Körper abstrahlt.

Messungen mit Kontakt werden meist mithilfe von Thermometern oder Temperatursensoren durchgeführt. Dabei unterscheidest du drei Arten der Temperaturmessung:

  • mechanisch
  • elektrisch
  • indirekt

Mit welchen Verfahren du zum Beispiel die Außentemperatur messen kannst und welche Messgeräte zur Bestimmung der Raumtemperatur genutzt werden können, erfährst du hier.

Mechanische Methode: Das Flüssigkeitsthermometer

Das alltäglichste und bekannteste Thermometer ist das Flüssigkeitsthermometer. Es besteht aus einem kleinen Gefäß, einem dünnen Röhrchen und einer daran anliegenden Skala. Das Gefäß ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Üblich sind hierbei Quecksilber oder gefärbter Alkohol. 

Das Thermometer zeigt die Temperatur an, indem die Flüssigkeit das Röhrchen hinaufsteigt. Anhand des Füllstands kannst du dann die Temperatur ablesen. Das Prinzip beruht darauf, dass sich Flüssigkeiten mit steigender Temperatur ausdehnen. Die Dichte einer Flüssigkeit verändert sich also gleichmäßig mit der Temperatur.

Dehnt sich die Flüssigkeit aus, so nimmt sie mehr Platz ein und muss aus dem Gefäß in das Röhrchen ausweichen. Hier kann die Temperatur schließlich in der Regel auf das Grad genau abgelesen werden. Die im Alltag üblichen Flüssigkeitsthermometer haben meist einen Messbereich rund um -20°C bis 50°C.

Elektrische Methode: Messung mithilfe von Halbleitern

Elektronische Thermometer messen die Temperatur mithilfe des elektrischen Widerstands eines Halbleiters. Sie bestehen aus:

  • einem Stromkreis mit konstanter Spannung
  • einem Strommessgerät, an dem du die Stromstärke abliest und
  • einem Widerstand aus einem Halbleitermaterial. 

Mit einer solchen Konstruktion kann die Temperatur bestimmt werden, weil sie die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern beeinflusst. Je wärmer das Bauteil wird, desto besser leitet es den Strom. Damit steigt bei zunehmender Temperatur die gemessene Stromstärke. Sie ist das Maß für die Temperatur.

Übrigens: Die gängigen Fieberthermometer, mit denen du deine Körpertemperatur messen kannst, funktionieren auf diese Weise. Wenn du gesund bist, sollte es einen Wert zwischen 36,5°C und 37,4°C anzeigen. Das ist nämlich die Durchschnittstemperatur des Menschen.

Indirekte Methode: Die Thermofarben

Das Temperaturmessen klappt allerdings auch ohne klassisches Thermometer. Bei der indirekten Messmethode machst du dir zunutze, dass bestimmte Stoffe ihre Eigenschaften je nach Temperatur ändern. Ein Beispiel für solche Stoffe sind Thermofarben. 

Thermofarben verändern ihre Farbe temperaturabhängig. Um sie als Thermometer nutzen zu können, werden sie meist auf etwa postkartengroße Flächen aufgetragen und mit einer Beschriftung versehen. Die Temperatur liest du daran ab, welche der Farben sich wie verändert.

Gefühlte Temperatur

Neben der absoluten, messbaren Temperatur gibt es noch die gefühlte Temperatur. Unsere Wahrnehmung von Wärme und Kälte ist nämlich nicht objektiv und hängt von mehr Faktoren als bloß der Umgebungstemperatur ab. 

Schon gewusst? Wenn du eine Hand in eisig kaltes und die andere in warmes Wasser hältst und anschließend beide in ein Gefäß mit lauwarmem Wasser tunkst, nehmen die beiden Hände die Temperatur unterschiedlich wahr. Die ursprünglich kalte Hand empfindet das lauwarme Wasser als deutlich wärmer, als es die bereits warme Hand tut. Daran erkennst du, wie individuell Temperatur wahrgenommen wird.

Neben der eigentlichen Temperatur haben unter anderem auch

  • die Sonneneinstrahlung,
  • die Luftfeuchtigkeit,
  • die Bekleidung,
  • die Windgeschwindigkeit und
  • die körperliche Betätigung

einen Einfluss auf unsere Wahrnehmung von Wärme. Da die Faktoren stark vom Ort und der Person abhängen, ist es schwer, eine konkrete Angabe über die gefühlte Temperatur zu machen. Trotzdem wird sie häufig in Wetterberichten angegeben. Klar ist, dass sie teilweise stark von der messbaren Temperatur abweicht.  

Temperatur und Thermodynamik

Das Teilgebiet der Physik, das sich intensiv mit der Temperatur auseinandersetzt, heißt Thermodynamik. Daher stammt die Definition der Temperatur über die Entropie S. Das Differential der Entropie ist das Verhältnis aus der übertragenen Wärme \delta{Q} und der absoluten Temperatur T.

    \[\si{d}S=\frac{\delta{Q}}{T}\]

Im Zentrum der Thermodynamik stehen ihre Hauptsätze. Den 0. Hauptsatz der Thermodynamik hast du bereits kennengelernt. Er besagt, dass zwei Systeme immer ein thermisches Gleichgewicht anstreben und steckt somit hinter der Wärmeübertragung. 

Das hat dich neugierig gemacht und du möchtest wissen, wie die weiteren Hauptsätze der Thermodynamik lauten? Dann beginne direkt mit dem ersten und sieh dir unser Video dazu an!%Thumbnail 1. Hauptsatz der Thermodynamik

Hallo, leider nutzt du einen AdBlocker.

Auf Studyflix bieten wir dir kostenlos hochwertige Bildung an. Dies können wir nur durch die Unterstützung unserer Werbepartner tun.

Schalte bitte deinen Adblocker für Studyflix aus oder füge uns zu deinen Ausnahmen hinzu. Das tut dir nicht weh und hilft uns weiter.

Danke!
Dein Studyflix-Team

Wenn du nicht weißt, wie du deinen Adblocker deaktivierst oder Studyflix zu den Ausnahmen hinzufügst, findest du hier eine kurze Anleitung. Bitte lade anschließend die Seite neu.