Die Temperatur

Fach Physik

Klasse 8

Autor Joker2017

Veröffentlicht am 06.05.2018

Schlagwörter

Temperatur Thermometer Grad Celsius Kelvin Fahrenheit

Zusammenfassung

Dieses Referat erklärt, was die Temperatur im physikalischen Sinne ist. Es wird erläutert, wie eine Temperatur objektiv gemessen werden kann sowie welche Meßverfahren und Thermometerarten es gibt und wie diese optimal genutzt werden.

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Die Temperatur

Fast jedes Kind kann mit den Begriffen heiß, warm, lauwarm, kalt usw. etwas anfangen. Doch was ist Hitze und Kälte im naturwissenschaftlichen Sinne? Antworten auf die gibt dieses Referat „die Temperatur“. Die menschliche Haut ist ein Sinnesorgan, mit dem der Mensch zwischen heißen, warmen, lauwarmen, kalten und weiteren Zuständen unserer Umgebung oder von Körpern, welche berührt werden, differenzieren kann. Dieses Gefühl, dieses Empfinden ist jedoch subjektiv, das heisst, es ist von der einzelnen Person und ihrer Erfahrung abhängig. Während die eine Person den Tee zu heiß findet und diesen abkühlen lässt, kann eine andere Person einen heißen Tee bereits trinken. Während dem einen in der Sauna schnell zu heiß wird und er diese verlassen muss, hält es ein anderer dort noch viel länger aus. Dies waren jetzt nur zwei Beispiele zum Temperaturempfinden, es gibt jedoch noch zahlreiche weitere. Das Fazit aus diesen Beispielen ist, dass sich mehrere Menschen häufig nicht einigen können, ob etwas zum Beispiel heiß oder nur warm ist. Lediglich in dem Fall, wo etwas abkühlt oder gerade erwärmt wird, sind die Empfindungen der Menschen eher ähnlich.

Um die Beschreibung des Zustands von einer subjektiven Empfindung zu lösen, wird eine physikalische Messgröße benötigt. Eine solche Messgröße ist objektiv, das bedeutet für jeden in gleicher weise nachvollziehbar. Die Messgröße Temperatur wird in Grad angegeben. Es gibt jedoch verschiedene Gradskalen, wie Celsius, was in Deutschland am häufigsten genannt wird. Ausserdem gibt es noch Kelvin und Fahrenheit. Mit der Angabe der Temperatur eines Körpers wird dessen Zustand heiß, kalt usw. objektiv beschrieben. Die Temperatur kann mit Hilfe eines Thermometers gemessen werden. Beim Flüssigthermometer befindet sich eine Flüssigkeit in einem kleinen Gefäß mit einem Röhrchen. Wird der zu messende Körper mit diesem Thermometer berührt, so nimmt die Flüssigkeit im Thermometer dessen Temperatur an und die Höhe des Flüssigkeitsstandes im Thermometer ändert sich. Auf der angebrachten Skala kann dann die Temperatur abgelesen werden.

Die Skala geht zurück auf den Naturforscher Anders Celsius, es handelt sich um die nach ihm benannte Grad Celsius Skala. Der Längenunterschied der Quecksilbersäule bei der Temperatur von Eiswasser und bei der von siedendem, also kochenden, Wasser wird in genau einhundert gleich große Teile unterteilt. Der Hundertstel Temperaturunterschied ist 1 Grad Celsius (1°C). Die Art der Aufteilung der Skala und die Temperaturwerte für die beiden Bezugspunkte wurden willkürlich gewählt. Die Angabe der Temperatur in Grad Celsius ist also eine willkürliche Festlegung eines Maßes für die Temperatur eines Körpers. Die Gradeinteilung geht auch bei hohen Temperaturen über 100°C und bei Minusgraden weiter. Die Höhe der Flüssigkeitssäule hängt auch vom Durchmesser des Röhrchens, der Größe des Voratsgefäßes auf der Unterseite und der verwendeten Flüssigkeit ab. Unterschiedliche Thermometer geben die Temperatur nur dann gleich an, wenn sie an den selben Bezugspunkten geeicht sind.

Es existieren auch Temperaturskalen, mit anderen Bezugspunkten als der Celsius Skala. Wie oben bereits erwähnt sind dies die Kelvin Skala und die Fahrenheit Skala, benannt nach Daniel Gabriel Fahrenheit, welche in den USA noch geläufig ist. Bezugspunkte dieser Skala sind ein chemisches Gemisch aus Salmiak, Eis und Wasser für 0°F und die Körpertemperatur des Menschen für 100°F. Die Kelvin Skala ist nach Lord Kelvin benannt. Bei dieser Skala kann der Nullpunkt 0K nicht unterschritten werden. 273K sind umgerechnet 0°C. Der Temperaturunterschied von 1K ist genauso groß, wie der Unterschied von 1°C.

Es gibt verschiedene Thermometer und Meßverfahren. Die mit Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser, Quecksilber oder Alkohol gefüllten Thermometer zeigen nur Temperaturen an, bei denen die Füllung flüssig ist. Darüber hinaus gibt es elektrische Thermometer, in diesen werden Thermoelemente verwendet. Im Messfühler befindet sich ein Eisendraht sowie ein Kupferdraht. Diese sind an einem Ende miteinander verbunden. Je nach Temperatur im Messfühler entsteht eine elektrische Spannung zwischen den anderen beiden Drahtenden. Diese wird als Temperatur wiedergegeben. Die Flüssigkeitskristalle wechseln abhängig von der Temperatur ihre Farbe. So können von Grad zu Grad verschiedene Kristalle zum Farbwechsel gebracht werden. Die Farbreihe von Kristallen zeigt dann die Temperatur der Umgebung an. Eine weitere Thermometerart ist das Zweimetallthermometer, auch Bimetallthermometer genannt. Bei diesem Thermometer krümmt sich ein dünner, aus zwei verschiedenen Metallen bestehender Metallstreifen abhängig von der Temperatur mehr oder weniger stark. Ein hieran befestigter Zeiger gibt auf einer Skala die Temperatur des gekrümmten Metallstreifens und der Umgebung an.

Innere Energie der Körper

Durch Reibung entsteht Wärme. Dies lässt sich einfach nachweisen, denn bereits wenn ein Mensch die Hände schnell aneinander reibt, ist eine deutliche Wärmesteigerung fühlbar. Neben der Reibung spielen auch weitere biologische Vorgänge eine Rolle aber dennoch gibt es zwischen der schnellen Reibung der Hände und der Temperatur einen messbaren Zusammenhang. Zum Durchführen des Reibeprozesses muss Arbeit verrichtet werden. Allgemein lässt sich folgendes festhalten: eine von außen an einem Körper verrichtete Arbeit, kann eine Erhöhung der Temperatur dieses Körpers verursachen.

Bei jeder Art von Arbeit wird Energie umwandelt. Dies stellt die innere Energie dar. Die einem Körper zugeführte Energie wird durch die Erhöhung seiner Temperatur fühlbar. Daher ist die Erhöhung der Temperatur ein Maß für die Zunahme der inneren Energie. Fazit: wird an einem Körper Arbeit verrichtet, so kann sich dessen innere Energie erhöhen.
Beispiel: Teilchenmodell, die Körper sind alle aus Teilchen zusammen gesetzt. Diese können zum Beispiel die Größe von Atomen oder Molekülen haben aber sie können auch größer sein.

Die einzelnen Teilchen haben nicht die Eigenschaften des Körpers, sondern nur die Folgenden:
In Gasen: sind die Teilchen frei im Raum beweglich
In Flüssigkeiten können sie sich gegenseitig verschieben, bleiben aber sehr dicht beieinander.
In Festkörpern sind sie untrennlich mit ihrem Nachbarn verbunden.