Temperaturmessung
Die Temperatur ist eine physikalische Eigenschaft eines Systems, der die allgemeinen Begriffe "heiß" und "kalt" zugeordnet werden. Ein Körper mit der höheren Temperatur wird als wärmer bezeichnet. Allgemein gesehen ist die Temperatur die Eigenschaft, die den Transfer von Energie in Form von Wärme zwischen zwei Systemen regelt. Haben zwei Körper unterschiedliche Temperaturen, wird Energie vom wärmeren Körper zum kälteren solange übertragen, bis Temperaturgleichheit herrscht. Es gibt drei Möglichkeiten dieser Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung.
Die formalen Eigenschaften der Temperatur werden in der Thermodynamik behandelt: Dort ist die Temperatur als ein Maß für den durchschnittlichen ungerichteten (zufälligen) Bewegungsenergieanteil (kinetische Energie) einer Ansammlung von Teilchen oder Objekten festgelegt. In üblicher Verwendung sind die Teilchen Luftmoleküle bzw. die Moleküle oder Atome eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers. Zwei unterschiedliche Gase haben dann die selbe Temperatur, wenn das Produkt aus Molekulargewicht des jeweiligen Gases und dem Quadrat der mittleren ungerichteten Geschwindigkeit gleich groß ist. Die Temperatur (z.B. in Kelvin) ist diesem Produkt proportional. Haben zwei Körper unterschiedliche Temperaturen, wird Energie vom wärmeren Körper an den kälteren solange übertragen, bis Temperaturgleichheit herrscht.
Bei Temperaturmessungen mit massebehafteten Sensoren ist der Wärmeleitung besonders Rechnung zu tragen: Es muss genügend lange gewartet werden, bis diese Temperaturangleichung im Rahmen der gewünschten Messgenauigkeit eingetreten ist. Die Messgenauigkeit wird bei den meisten Messmethoden durch die Brownsche Molekularbewegung begrenzt.
Temperatur wird nach SI in Grad Celsius (°C) oder Kelvin (K) mit Hilfe von Thermometern gemessen. Diese Skalen sind nur um den konstanten Wert 273,15 verschoben, wobei die Celsius-Skala den Nullpunkt beim Gefrierpunkt von Wasser hat und die Kelvinskala beim absoluten Temperaturnullpunkt.
In den USA ist die Einheit Grad Fahrenheit (°F) immer noch gebräuchlich. Ein Grad Fahrenheit ist 1.8 mal so groß wie ein Grad Celsius. Die absolute Temperatur auf Fahrenheit-Basis wird mit Grad Rankine (°Rank) bezeichnet. Die Rankine-Skala hat den Nullpunkt beim absoluten Temperaturnullpunkt und die Skalenabstände der Fahrenheit-Skala.
Eine veralterte Temperaturskala ist die Réaumur-Skala (°R).
Es entsprechen sich die folgenden Fixpunkte:
- 0 °C = 273,15 K = 32 °F = 491,69 °Rank = 0 °R
- 100 °C = 373,15 K = 212 °F = 671,69 °Rank = 80 °R
.Der Umrechnungsfaktor zwischen kinetischer Energie und Temperatur ist etwa 11.300 Kelvin pro Elektronenvolt; bei Raumtemperatur (300 Kelvin) gibt das 0,0273 eV. Die durchschnittliche Energie ist unabhängig von der Teilchenmasse (die schweren Teilchen sind langsamer, man stelle sich den Stoß vor).
Diese Energie ist nur ein Durchschnitt. Die Verteilung der Geschwindigkeiten bei einem Gas im Gleichgewicht wird durch die Boltzmannverteilung angegeben (siehe kinetische Gastheorie).
