Kalt, warm oder heiß? Die Temperatur und ihre Messung
Was steckt eigentlich hinter dem Begriff "Temperatur"? Anhand von Beispielen aus Natur und Technik wird geklärt, was mit kalt oder warm eigentlich gemeint ist und wie man Temperatur exakt und ohne Gefühl messen kann.
Überlebenswichtig: das Wärmeempfinden des Menschen
Ein Schüler taucht eine Hand in warmes, die andere in eiskaltes Wasser. Dann senkt er beide Hände in lauwarmes Wasser - und jede Hand meldet eine unterschiedliche Temperatur! Das Wärmeempfinden des Menschen eignet sich also nicht sonderlich zur Messung von Temperaturen.
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Unsere Sinne können Temperaturen nicht messen, aber Temperaturunterschiede anzeigen. Bei einer Klassenfahrt in den hohen Norden muss man sich durch geeignete Kleidung vor den niedrigen Temperaturen schützen. Aber auch der Arbeiter am Hochofen, der glühend flüssiges Roheisen ablässt, braucht Schutzkleidung. Im täglichen Leben verwenden wir Wärme, um Essen zuzubereiten, im Kühlschrank dagegen entziehen wir den Lebensmitteln Wärme, damit sie länger haltbar sind. Wasser kann je nach Zufuhr oder Abgabe von Wärme den Aggregatszustand wechseln.
Wärme & Energie
Im 19. Jahrhundert gelang es englischen Ingenieuren, die Wärme in mechanische Energie umzuwandeln. Damit war es möglich, Maschinen wie die Dampfmaschine bzw. Dampflokomotive zu entwickeln und zu bauen. Wenn der Schmied das Eisen erwärmt, kann er es formen und den gewünschten Gegenstand herstellen. Auch durch gezielte Hammerschläge auf einen Gegenstand wird dem Körper Wärme zugeführt.
Die Grad-Wanderung beginnt ...
Mit dem Teilchenmodell lässt sich erklären, was in Körpern bei hoher Temperatur bzw. bei niedriger Temperatur geschieht. Außerdem ist es möglich, die einzelnen Aggregatszustände darzustellen.
In einem Glaskolben mit einem durch einen Pfropfen befestigten Glasrohr ist gefärbter Alkohol eingefüllt. Der Glaskolben wird in Eiswasser und dann in siedendes Wasser solange gehalten, bis die Wassersäule nicht mehr fällt bzw. steigt. Diese beiden Messpunkte werden markiert und als Eispunkt und als Siedepunkt des Wassers bezeichnet. Den Abstand zwischen diesen beiden Punkten unterteilt man in 100 gleiche Abschnitte. Dieses Verfahren hat der schwedische Physiker Celsius durchgeführt. Heutzutage werden verschiedenste Temperaturmessgeräte hergestellt. Die Flüssigkeitsmessgeräte sind neben den heute eingesetzten Digitalthermometern die am häufigsten benutzten Messgeräte.
Die Temperaturskala kann nicht im Minusbereich beliebig erweitert werden, da bei -273 °C der absolute Nullpunkt ist. Dies hat der englische Physiker Lord Kelvin entdeckt. Tiefere Temperaturen sind nicht möglich, da keine Wärmebewegung mehr stattfindet. Der absolute Nullpunkt hat die Temperatur von 0°K (Kelvin). Unsere Trickfigur Tobi Tüftler schließlich hat Probleme, die im englischsprachigen Raum gebräuchlichen Fahrenheitgrade in Celsiusgrade umzurechnen.