Physikalische Grundlagen
Abstract[Bearbeiten]
Physikalische Grundlagen[Bearbeiten]
Neben den Eigenschaften wie Masse, Volumen usw. besitzt jeder Körper thermische Größen, die über den Wärmezustand Auskunft geben.
Der physikalisch objektive Begriff, der die subjektive Empfindung kalt oder warm in eine absolute Skala einordnet, ist die Temperatur.
Temperaturen werden mit Thermometern gemessen, die bestimmte temperaturabhängige Eigenschaften von Materialien (z. B. Volumen) ausnutzen. Zur Festlegung von Skalen und zur Eichung von Thermometern benötigt man zwei Temperaturfixpunkte. Am häufigsten werden folgende zwei Fixpunkte benutzt:
1. Temperatur des unter Normaldruck (1,013 bar) schmelzenden Eises = 273,15K.
2. Temperatur des unter Normaldruck siedenden Wassers
Ordnet man diesen Fixpunkten bestimmte Temperaturwerte zu und teilt die Differenz in vorgeschriebene Teilschritte, so erhält man verschiedene Temperaturskalen. Die folgende Tabelle zeigt die Zusammenhänge für die wichtigsten Skalen.
Tabelle 1: Die Temperaturskalen
| Skala | Celsius | Kelvin | Fahrenheit | Reaumur |
| Symbol | | T | tF | tR |
| Einheit | ºC | K | ºF | ºR |
| 1. FP* 2. FP Teilung |
0 100 100 |
273.15 373.15 100 |
32 212 180 |
0 80 80 |
| Europa | Wissenschaft | USA | Frankreich veraltet |
- FP – Fixpunkt
Abbildung 1: Die Fixpunkte der Celsiusskala
Die Unterteilung der einzelnen Skalen sowie gegenseitige Umrechnungen erfolgen linear. Die Kelvinskala basiert auf der Druckzunahme eines idealen Gases, die anderen auf der Volumen-Ausdehung von Quecksilber. Für Temperaturdifferenzen sind ºC und K gleichwertig (für Absolutwerte nicht).
Alle Temperaturskalen wurden 1990 durch die internationale Temperaturskala ITS-90 ersetzt, was u.a. zur Folge hat, dass als Fixpunkt für die Celsiusskala nicht mehr der Siedepunkt von Wasser bei 1013,25 mbar = 100ºC herangezogen wird. Als Konsequenz siedet Wasser unter Normaldruck schon bei 99,974ºC.
Die verschiedenen Temperaturmessverfahren können grob in mechanische und elektronische eingeteilt werden. Unter den mechanischen Verfahren, die auf der temperaturabhängigen Ausdehnung des Sensors beruhen, sind vor allem Bimetallstreifen, Flüssigkeitsthermometer (z. B. Quecksilber, Alkohol in einem Kapillarrohr) und Gasthermometer allgemeiner bekannt.
Heute werden fast in allen Lebensbereichen und auch im industriellen Einsatz meist elektronische und optische Temperatursensoren eingesetzt.
Bei den elektronischen Sensoren wird meist die Änderung eines elektrischen Widerstandes mit der Temperatur ausgewertet (Widerstandsthermometer wie PT-100, NTC-Elemente).
Optische Sensoren kommen meist zur Fernbestimmung vor Temperaturen und bei sich bewegenden und heißen Bauteilen zur Anwendung (IR-Thermographie).