Grundlagen der Thermodynamik
Temperatur
Die Materie besteht aus kleinsten Bausteinen wie Atomen, Molekülen.
Diese Bausteine erfahren, mit Ausnahme von $0K$ eine Bewegung, die
sogenannte thermische Bewegung.
Bewegen sich also die Bausteine der Materie so ist eine Temperatur
vorhanden.
Definition
Mit der Temperatur $T$ beschreibt man den thermischen Zustand eines Körpers, der durch die kinetische Energie der Teilchen, aus denen er besteht, bestimmt ist.
Formelzeichen
Das Formelzeichen hängt oft von der Einheit in der eine Temperatur gemessen wird ab. Es gilt:
-
Für Fahrenheit: $\theta_F$
-
Für Celsius: $\theta$
-
Für Kelvin: $T$
Thermometer
Die Messung der Temperatur erfolgt, durch ein Thermometer.
Temperaturskala
Um eine Temperaturskala zu erstellen muss eine beliebige Temperatur als Nullpunkt gewählt werden. Dann werden im nächsten Schritt die Abstände zwischen den ganzzahligen Abständen bestimmt, was meistens durch einen zweiten Temperatur-Punkt bestimmt, und noch unterteilt wird. Damit hat man also eine Temperaturskala kreiert.
Absoluter Nullpunkt
Der absolute Nullpunkt bezeichnet den unteren Grenzwert für die Temperatur, also die tiefst mögliche Temperatur, die nur theoretisch erreicht und nicht unterschritten werden kann. An diesem Punkt ist die thermische Bewegung der Teilchen gleich Null.
Kelvinskala
Die Kelvinskala ist eine physikalische Größe die die Temperatur beschreibt.
Veraltete Festlegung
Die Kelvinskala wird folgendermaßen definiert:
-
Der absolute Nullpunkt ist $0 K$
-
Der Tripelpunkt von Wasser ist $273,15K$
Einheit
$$ [T] = K $$ $$ K,\ Kelvin $$Bemerkung
Die Kelvinskala ist eine der sieben S.I.-Basisgrößen der Physik. Siehe S.I.-Basisgrößen.
Celsiusskala
Die Celsiusskala ist eine physikalische Größe die die Temperatur beschreibt.
Veraltete Festlegung
Für das Festlegen der Celsiusskala sind diese Fixpunkte benötigt:
-
Die Schmelztemperatur von Wasser, als $0^{\circ}C$ definiert.
-
Die Siedetemperatur von Wasser, als $100^{\circ}C$ definiert.
Einheit
$$ [\theta] =\ ^{\circ}C $$ $$ ^{\circ}C,\ Grad\ Celsius $$Fahrenheitskala
Die Fahrenheitskala ist eine physikalische Größe die die Temperatur beschreibt.
Veraltete Festlegung
Das Festlegen der Fahrenheitskala erfolgt durch zwei Fixpunkte diese legte Fahrenheit so fest:
-
die Schmelztemperatur von Wasser, als $32^{\circ}C$ definiert
-
die normale Körpertemperatur, als $96^{\circ}C$ definiert
Einheit
$$ [\theta_F] =\ ^{\circ}F $$ $$ ^{\circ}F,\ Grad\ Fahrenheit $$Umwandlungen
Umwandlung |
Formel |
|---|---|
$K\rightarrow\ ^{\circ } C$ |
$\theta \left( T\right) =T-273,15$ |
$K\rightarrow\ ^{\circ } F$ |
$\theta_F \left( T\right) = 1,8 \cdot T - 459,67 $ |
$^{\circ } C \rightarrow\ K$ |
$T\left( \theta \right) =\theta +273,15$ |
$^{\circ } C \rightarrow\ ^{\circ } F$ |
$\theta_F \left( \theta \right) = \frac{9}{5} \cdot \theta + 32$ |
$^{\circ } F \rightarrow\ K$ |
$T\left( \theta_F \right) = \frac{5}{9} \left( \theta_{F} -32\right) +273,15$ |
$^{\circ } F \rightarrow\ ^{\circ } C$ |
$\theta \left( \theta_F \right) = \frac{5}{9} \left( \theta_F - 32\right)$ |
Thermische Bewegung, Brown'sche Bewegung
Unter der thermischen Bewegung versteht man die ungeordnete, chaotische Bewegung, der Teilchen eines Körpers. Je höher die Temperatur eines Körpers ist, desto heftiger ist die thermische Bewegung seiner Teilchen.