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Thermodynamik - Temperatur

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Thermodynamik

Temperatur

Die Temperatur ist ein Maß für die kinetische Energie von Teilchen in Gasen, Flüssigkeiten oder Festkörpern. Je größer die Temperatur ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen im Durchschnitt. Die Temperatur kann nicht aus anderen Größen abgeleitet werden. Wie bereits in vorherigen Abschnitten erwähnt ist die Temperatur eine intensive Zustandsgröße. Das bedeutet, dass die Temperatur bei Zunahme (bzw. Abnahme) der Stoffmenge bzw. Masse ihren Wert beibehält.

Werden zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Temperaturen zusammengefügt, dann fließt die Wärme von der Flüssigkeit mit der höherer Temperatur zu derjenigen mit niedriger Temperatur. Dies geschieht so lange, bis sich die Temperaturen einander angeglichen haben. Die resultierende Gleichgewichtstemperatur liegt dann zwischen den beiden Ausgangstemperaturen. Besitzen zwei Systeme dieselbe Temperatur, so befindet sich das System im thermischen Gleichgewicht.

Merke

Nullter Hauptsatz der Thermodynamik

Befindet sich ein System A mit einem System B im thermischen Gleichgewicht und befindet sich das System B mit einem System C im thermischen Gleichgewicht, so befindet sich auch das System A mit dem System C im thermischen Gleichgewicht.

Einheiten der Temperatur

Es sollen hier auf die Kelvin-Temperatur $T$ und auf die Celsius-Temperatur $t$ eingegangen werden. Die Kelvin-Temperatur wird vom absoluten Nullpunkt aus gemessen und in Kelvin $K$ angegeben. die Celsius-Temperatur hingegen wird vom Schmelzpunkt des Wassers aus gemessen und in Celsius $°C$ angegeben. Der Schmelzpunkt des Wassers befindet sich bei $0° C$ und bei $273,15 K$. Berechnen kann man die Kelvin-Temperatur aus der Celsius-Temperatur durch:

Methode

$T = t + T_0$

mit

$T = \text{Kelvin-Temperatur}$

$t = \text{Celsius-Temperatur}$

$T_0 = 273,15 K \; \text{Schmelzpunkt des Wassers}$

Um die Kelvin-Temperatur zu bestimmen, muss einfach die Celsius-Temperatur mit dem Schmelzpunkt des Wassers in Kelvin (also 273,15 K) addiert werden. Man kann diese Gleichung natürlich auch nach der Celsius-Temperatur umstellen:

$t = T - T_0$

Beispiel

An einem schönen Sommertag wird die Außentemperatur von 28 °C gemessen. Wie hoch ist die Kelvin-Temperatur?

$T = 28°C + 273,15 = 301,15 K$.

In der folgenden Grafik sind nochmals die Kelvin- und die Celsius-Temperatur gegenübergestellt:

Temperaturskalen

Die obigen Temperaturen gelten bei einem Luftdruck von 101.325 Pa. Ist der Luftdruck geringer, so wird das Wasser bei einer geringeren Temperatur sieden, im Gegensatz dazu wird das Wasser eine höhere Temperatur benötigen, wenn der Luftdruck über dem Normaldruck auf Meereshöhe liegt.