Physikwissen 3 – Wärmelehre 1

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Temperatur

Die Definition von Temperatur ist wie folgt:

Die Temperatur kennzeichnet den Wärmezustand eines Körpers, das heißt die mittlere Bewegungsenergie seiner Teilchen

Die Temperatur eines Materials ist maßgebend für seinen Aggregatzustand (fest,flüssig,gasförmig).

Temperaturmessung Das Thermometer

Eine Eigenschaft von fast allen Materialien ist es, sich bei Erwärmung auszudehnen. Manche mehr , manche weniger. Das wohl bekannteste und älteste Thermometer ist das Flüssigkeitsthermometer.
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Flüssigkeits-Thermometer zeigen die Temperatur durch die Länge der Flüssigkeitssäule in einem dünnen Glasröhrchen („Kapillare“) an.

Eine weitere Thermometer-Art ist das Bimetall-Thermomenter.
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Diese Thermometer bestehen aus einem Bimetall-Streifen, der zu einer Spirale gebogen ist. Bei Erwärmung erweitert sich die Spirale, bei Abkühlung verengt sie sich. Das Prinzip ist hier, dass sich 2 Metalle mit unterschiedlichem Längenausdehnungskoeffizienten bei Erwärmung um unterschiedliche Strecken verlängern und bei Abkühlung wieder in den Ursprungszustand zurückzieht. 

Temperatureinheiten

Es gibt drei unterschiedliche Temperatureinheiten:

EinheitBeschreibung
Celsius-SkalaDer erste Fixpunkt liegt bei 0 °C und entspricht der Schmelztemperatur von Eis.
Der zweite Fixpunkt liegt bei 100 °C (bei Normal-Luftdruck) und entspricht der Siedetemperatur von Wasser. Alle negativen Temperaturen unter null werden mit einem vorgestelltem Minuszeichen dargestellt.
Kelvin-SkalaDer einzige Fixpunkt wird bei der Kelvin-Skala jedoch die tiefste physikalisch mögliche Temperatur verwendet. Dieser absolute Nullpunkt liegt bei −273,15 °C.
Fahrenheit-SkalaErste Fixpunkt liegt bei 32 °F = 0 °C, der zweite Fixpunkt liegt bei 212 °F = 100 °C

Umrechnungsformeln:

Für Kelvin-Temperaturen :
– Temperatur in K = Temperatur in °C + 273
– Temperatur in °C = Temperatur in K − 273

Für Fahrenheit-Temperaturen :
– Temperatur in °F = (Temperatur in °C · 1, 8) + 32
– Temperatur in °C = (Temperatur in °F − 32) / 1, 8

Wärmekapazität und Phasenübergänge

Wärme kann als eine Energieform aufgefasst werden. Führt man in einem isolierten System einem Gegenstand eine Wärmemenge 𝑄 zu, so erhöht sich dessen Temperatur 𝑇. Eine Voraussetzung dafür ist allerdings, dass sich der Aggregatzustand des Gegenstands während der Wärmezufuhr nicht ändert, also kein Phasenübergang (Schmelzen, Verdunsten, Sublimieren) stattfindet.

Die spezifische Wärmekapazität

Die spezifische Wärmekapazität (c) gibt an, welche Menge an Wärme (∆Q) benötigt wird um 1 kg eines Materials (m) um 1 K (∆T) zu erwärmen.

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Hier einige Beispiele

StoffWärmekapazität c in kJ/kg
Aluminium0,90
Blei0,13
Eis2,10
Ethanol2,43
Wasser4,18
Wolfram0,13
Zinn0,23
Quecksilber0,14
Petroleum2,14