Temperatur

Auf Guardis Gemälde scheint ein warmer Sommertag zu sein. Wie warm ist es? Als Antwort könnte zum Beispiel 27 Grad Celsius, 80.6 Grad Fahrenheit oder 300.15 Kelvin angegeben werden. Bei allen Werten handelt es sich um die gleiche Temperatur in unterschiedlichen Einheiten.
Die absolute Temperatur ist eine thermodynamische Zustandsvariable, die sich ursprünglich aus der Wärme- bzw. Kälteempfindlichkeit des Tastsinnes ableitete. Sie beschreibt die mittlere kinetische Energie pro Teilchen. Alle mikroskopischen Teilchen sind andauernd in Bewegung, sie schwingen, fliegen oder fließen umher. Und diese Bewegung wird von uns im Mittel als heiß wahrgenommen, wenn die Einzelgeschwindigkeiten groß sind, und als kalt, wenn sie klein sind. Befinden sich zwei Systeme in einem thermischen Gleichgewicht, so haben sie die gleiche Temperatur.
Für die Messung der Temperatur ergeben sich viele verschiedene Möglichkeiten: So ist das Volumen aller Substanzen von der Temperatur abhängig. So funktioniert zum Beispiel das Quecksilberthermometer: Die Ausdehnung einer konstanten Menge Quecksilber in ein enges Röhrchen hinein (Kapillare) wird zwischen zwei Fixpunkten markiert. Werden als Fixpunkte der Gefrier- und der Siedepunkt des Wassers gewählt und der Abstand dazwischen in 100 Teile geteilt, so ergibt sich die Celsiusskala (°C).
Fahrenheit wählte als Fixpunkte den kältesten Tag des Winters 1907/1908 in seiner Heimatstadt Danzig (-17.8°C) und die Körpertemperatur eines gesunden Menschen (35.6°C) und teilte das Intervall in 96 Teile. Die absolute (physikalische) Temperatur wird jedoch in Kelvin gemessen. Null Kelvin entsprechen dabei dem absoluten Nullpunkt, d.h. alle Teilchen sind in Ruhe. Dieser Zustand kann nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik jedoch nie erreicht werden. Der zweite Fixpunkt ist der Trippelpunkt des Wassers bei 273.15 Kelvin. Weitere temperaturabhängige Größen, die zur Messung verwendet werden können, sind: die elektrische Leitfähigkeit, die Farbe eines glühenden Körpers, der Dampfdruck, die magnetische Ausrichtbarkeit und viele andere mehr.
Im Fach „Physikalische Messverfahren“ werden verschiedene Messprinzipien für die Temperatur vorgestellt, je nachdem in welchem Bereich Messungen vorgenommen werden sollen.