Temperaturskalen: Celsius, Fahrenheit, Kelvin und Rankine
Temperatur ist eine Eigenschaft von Materie, die die innere Bewegung der Teilchen darstellt, aus denen sie besteht. Das Instrument zur Messung ist das Thermometer.
Die heute am häufigsten verwendeten Temperaturskalen sind:
- Celsius- oder Celsius-Skala (ºC)
- Fahrenheit-Skala (ºF)
- Kelvin-Skala (K)
Es gibt eine vierte Skala, die Rankine-Skala, die nicht mehr verwendet wird. Jede Skala basiert auf bestimmten Phänomenen oder Fixpunkten, die dazu dienten, den Messbereich und die Messgrade zu definieren. Beispielsweise wurde die Celsius-Skala aus dem Schmelzpunkt und dem Siedepunkt von Wasser definiert.
Der absolute Nullpunkt ist die kälteste Temperatur, die gemessen werden kann. Dies geschieht, weil die Geschwindigkeit der Teilchen oder ihre kinetische Energie Null wird, dh die Teilchen stoppen.
Die Äquivalenzen des absoluten Nullpunkts in den verschiedenen Skalen sind:
- Celsius: -273ºC
- Fahrenheit: -459,7ºF
- Kelvin: 0K
Fahrenheit-Skala
Die Fahrenheit-Skala ist die Temperaturskala, die unter anderem in den Vereinigten Staaten, Liberia und auf den Bahamas verwendet wird. Sein Symbol ist °F und es wird in Grad Fahrenheit gelesen.
Der Physiker Daniel Fahrenheit (1686-1736) beschrieb 1724 die Waage, die seinen Namen trägt. Es basiert auf zwei festen Punkten: der Temperatur, bei der Wasser gefriert (32ºF) und der Temperatur, bei der Wasser kocht (212ºF). Die Differenz zwischen diesen beiden Punkten beträgt 180 Grad, sodass jedes Grad 1/180 darstellt.
Ursprünglich formulierte Fahrenheit die Skala mit drei festen Punkten: Der höchste Punkt war die Temperatur des menschlichen Körpers (96ºF), die Der mittlere Punkt war die Temperatur einer Mischung aus Eis und Wasser (32ºF), und der niedrigste Punkt war die Temperatur einer Mischung aus gleichen Teilen Eis, Salz und Wasser (0ºF).
Um Grad Fahrenheit von Grad Celsius umzurechnen, wird die folgende Formel verwendet:
Temperatur in Grad Fahrenheit = (9/5 Temperatur in Grad Celsius) + 32
Das heißt: Die Temperatur in Grad Fahrenheit ist gleich neun Fünftel der Temperatur in Grad Celsius plus 32. Wenn wir zum Beispiel die Raumtemperatur von 23 ºC in ºF umrechnen wollen, gehen wir wie folgt vor:
TºF=9/5 x (23 ºC) + 32= 41,4 +32= 73,4 ºF.
Also, 23ºC sind gleich 73,4ºF. Die Fahrenheit-Skala und die Celsius-Skala schneiden sich bei -40º, dh -40ºC sind gleich -40ºF.
Celsius oder Celsius-Skala
Die Celsius-Skala ist die weltweit am weitesten verbreitete Temperaturskala. Sein Symbol ist ºC und es wird in Grad Celsius oder Celsius gelesen.
1742 schlug der schwedische Astronom Anders Celsius (1701-1744) zwei Fixpunkte für seine Skala vor Temperatur: Der Schmelzpunkt von Eis würde 0 ºC darstellen und der Siedepunkt von Wasser wäre 100 °C
Die Celsius-Skala und die Kelvin-Skala hängen durch die Formel zusammen:
Temperatur in Grad Celsius (ºC) = Temperatur in Kelvin (K) - 273,15
Wir wollen zum Beispiel 300 K in Celsius umrechnen. Dazu subtrahieren wir 273,15 von 300 K:
TºC = 300K-273,15 = 26,85ºC
Das heißt, 300 K sind 26,85 ºC.
Kelvin-Skala
Das Kelvin ist die Temperatureinheit im Internationalen System und die im wissenschaftlichen Kontext am häufigsten verwendete. Sein Symbol ist K und es wird in Kelvin gelesen. Beispielsweise hat die Sonnenkorona eine Temperatur von 1 Million Kelvin, während das Innere der Sonne 10 Millionen Kelvin misst.
Um das Kelvin zu definieren, müssen wir wissen, dass der Tripelpunkt von Wasser der Punkt ist, an dem wir Wasser in seinen drei Zuständen finden können: flüssig, fest und gasförmig.
Diese Temperatur wurde 1954 durch eine internationale Vereinbarung auf 273,16 K festgelegt. Daher ist ein Kelvin definiert als der Bruchteil 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser.
Die Kelvin-Skala ist die einzige, die auf thermodynamischen Prinzipien basiert und nicht darauf, wie sich ein bestimmtes Material verhält.
William Thomson (1824-1907), bekannt als Lord Kelvin, leistete Pionierarbeit für das Konzept der absoluten Temperatur in thermodynamischer Hinsicht. Er bestand darauf, dass das Konzept der absoluten Temperatur nicht an eine Eigenschaft gebunden sein sollte einer bestimmten materiellen Substanz, und diese Temperatur sollte eine physikalische Größe sein messbar.
Rankine-Skala
Die Rankine-Skala ist eine thermodynamische Temperatur, die das Symbol ºR hat und Grad Rankin gelesen wird. Es erhält diesen Namen von dem Ingenieur und Physiker William Rankine, der es 1859 vorschlug.
Die Rankine-Skala verwendet Grad wie Fahrenheit, wird aber wie die Kelvin-Skala vom absoluten Nullpunkt aus gemessen. Diese Skala ist derzeit veraltet.
Umrechnungsformeln zwischen Temperaturskalen
Da wir die Beziehungen zwischen den einzelnen Temperaturskalen kennen, können wir die entsprechenden Umrechnungen nach den folgenden Formeln vornehmen:
| Start ºC | Ab k | Beginnend in °F | Von ºR | |
|---|---|---|---|---|
| bei °C | - | TC=TK-273.15 | TC=5/9(TF-32) | TC=5/9TR-273.15 |
| Ein K | T\K= Tc +273 | - | TK=5/9(TF+459.67) | TK=5/9TR |
| bei °F | TF=9/5TC +32 | TF=9/5TK-459.67 | - | TF=TR-459.67 |
| Ein ºR | TR=9/5TC+491.67 | TR=9/5TK | TR=TF+459.67 | - |
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Verweise
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Temperatur- und thermometrische Skalen. In: Slavat, J (Direktor) (1988) Salvat Encyclopedia of Science and Technology – Band 13. Salvat-Redakteure. Barcelona, Spanien.
Zain, S. (2021) Thermodynamik und Statistische Mechanik. IOP-Veröffentlichung.
