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Temperatur verstehen, messen und umrechnen
Die Temperatur gibt objektiv an, wie warm oder kalt ein Körper ist. Dein Wärmeempfinden kann davon abweichen, deshalb misst du die Temperatur mit einem Thermometer.
Auf dieser Seite lernst du außerdem, wie Temperatur mit der Teilchenbewegung zusammenhängt, warum Wärme von warm nach kalt übertragen wird und wie du Celsius in Kelvin umrechnest.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Warum fühlt sich dieselbe Temperatur verschieden an?
Pappe und ein Metalllöffel liegen über Nacht im selben Kühlschrank. Beide haben danach etwa dieselbe Temperatur. Trotzdem fühlt sich der Löffel kälter an.
Der Grund: Metall leitet Energie schneller von deiner wärmeren Hand weg. Deine Haut nimmt vor allem diesen Energieaustausch wahr, nicht unmittelbar die Temperatur des Gegenstands.
Auch dein vorheriger Zustand beeinflusst die Wahrnehmung. Hältst du eine Hand zuerst in kaltes und die andere in warmes Wasser, fühlt sich dasselbe lauwarme Wasser für beide Hände unterschiedlich an.
Gefühlte Temperatur
Die gefühlte Temperatur beschreibt dein subjektives Wärme- oder Kälteempfinden. Sie hängt unter anderem vom Wärmefluss, vom vorherigen Zustand deiner Haut, vom Wind und vom berührten Material ab.
Fühlen vergleicht und reagiert auf Energieübertragung. Ein Thermometer misst die Temperatur.
Was bedeutet Temperatur im Teilchenmodell?
Alle Stoffe bestehen aus Teilchen. In Gasen und Flüssigkeiten bewegen sie sich, in Festkörpern schwingen sie um feste Plätze. Bei einer höheren Temperatur ist ihre ungeordnete Bewegung im Mittel stärker.
Temperatur
Temperatur ist eine intensive physikalische Zustandsgröße. Sie kennzeichnet den thermischen Zustand eines Körpers und hängt im einfachen Teilchenmodell mit der mittleren Bewegungsenergie seiner Teilchen zusammen.
Intensiv bedeutet: Teilst du einen Liter Wasser mit 20 °C in zwei gleiche Portionen, haben beide weiterhin 20 °C. Die Temperatur wird durch das Teilen nicht halbiert.
Die innere Energie ist dagegen die gesamte Energie der ungeordneten Teilchenbewegungen und ihrer Wechselwirkungen. Sie hängt deshalb nicht nur von der Temperatur, sondern auch von Stoffart, Stoffmenge und Zustand ab.
Die Aussage „Temperatur ist die innere Energie“ ist zu ungenau. Zwei unterschiedlich große Wassermengen können dieselbe Temperatur, aber verschieden große innere Energien besitzen.
Wärmeübertragung und thermisches Gleichgewicht
Können zwei Körper Energie austauschen, wird aufgrund des Temperaturunterschieds Energie vom wärmeren zum kälteren Körper übertragen. Diese übertragene Energie wird hier Wärme genannt.
Der Austausch dauert an, bis beide Körper dieselbe Temperatur haben. Dieser Zustand heißt thermisches Gleichgewicht.
Ein warmer Teelöffel liegt in kühlerem Wasser.
- Der Löffel hat zunächst die höhere Temperatur.
- Energie wird vom Löffel auf das Wasser übertragen.
- Die Temperatur des Löffels sinkt, die des Wassers steigt.
- Bei gleicher Temperatur besteht thermisches Gleichgewicht.
Die genaue Endtemperatur lässt sich ohne Angaben zu Massen, Stoffen und Wärmekapazitäten nicht bestimmen.
Wie misst ein Thermometer die Temperatur?
Ein Thermometer nutzt eine Eigenschaft, die sich mit der Temperatur zuverlässig verändert. Beim Flüssigkeitsthermometer ist das die Ausdehnung einer Messflüssigkeit.
Ein Flüssigkeitsthermometer arbeitet so:
- Ein Reservoir enthält die Messflüssigkeit.
- Beim Erwärmen dehnt sich die Flüssigkeit aus.
- Sie steigt im engen Röhrchen nach oben.
- Beim Abkühlen sinkt der Flüssigkeitsstand.
- An der Skala liest du den Messwert mit seiner Einheit ab.
Vor dem Ablesen müssen Thermometer und untersuchter Körper ihre Temperaturen ausreichend angeglichen haben. Sonst zeigt das Thermometer noch einen Wert während des Ausgleichs.
Andere Messgeräte nutzen temperaturabhängige elektrische Eigenschaften. Kontaktlose Geräte können die vom Körper ausgesandte Wärmestrahlung auswerten.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein Thermometer liefert eine Messung. Beim Flüssigkeitsthermometer steigt die Messflüssigkeit beim . Einen Celsiuswert schreibst du mit der Einheit auf.
Wie hängen Celsius und Kelvin zusammen?
Im Alltag wird meist die Celsiusskala verwendet. In der Physik ist Kelvin die SI-Einheit der absoluten Temperatur.
- Wasser schmilzt unter den in der schulischen Einordnung verwendeten Normalbedingungen bei 0 °C beziehungsweise 273,15 K.
- 0 K entsprechen −273,15 °C.
- Ein Temperaturunterschied von 1 K ist genauso groß wie ein Unterschied von 1 °C.
Die Skalen haben also gleich große Schritte, aber verschiedene Nullpunkte.
Celsius in Kelvin: $T = ϑ + 273{,}15$
Kelvin in Celsius: $ϑ = T - 273{,}15$
Dabei wird $T$ in Kelvin und $ϑ$ in Grad Celsius angegeben.
Gesucht ist die absolute Temperatur zu 20 °C.
$$T = 20 + 273{,}15 = 293{,}15\,\mathrm{K}$$
Plausibilitätsprüfung: Der Kelvinwert muss größer als der Celsiuswert sein, weil der Nullpunkt der Kelvinskala bei −273,15 °C liegt.
Der absolute Nullpunkt ist nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik nicht erreichbar. Die häufige Schulformulierung, bei 0 K stünden alle Teilchen vollständig still, ist daher nur eine starke Vereinfachung des Teilchenmodells.
Vertiefung: Wie viel Energie wird zum Erwärmen benötigt?
Dieselbe übertragene Energie kann bei verschiedenen Stoffen oder Massen unterschiedliche Temperaturänderungen hervorrufen. Dafür ist die spezifische Wärmekapazität $c$ wichtig. Sie gibt an, wie viel Energie nötig ist, um ein Kilogramm eines Stoffes um ein Kelvin beziehungsweise ein Grad Celsius zu erwärmen.
Für eine Erwärmung ohne Phasenwechsel gilt:
$$Q = c · m · Δϑ$$
Dabei sind $Q$ die übertragene Energie, $m$ die Masse und $Δϑ$ die Temperaturänderung.
80 kg Wasser werden von 16 °C auf 40 °C erwärmt. Für Wasser wird $c = 4186\,\mathrm{J/(kg·°C)}$ verwendet.
Zuerst bestimmst du die Temperaturänderung:
$$Δϑ = 40\,°C - 16\,°C = 24\,°C$$
Dann setzt du ein:
$$Q = 4186\,\mathrm{J/(kg·°C)} · 80\,\mathrm{kg} · 24\,°C$$
$$Q = 8\,037\,120\,\mathrm{J}$$
Die Einheiten Kilogramm und Grad Celsius kürzen sich. Übrig bleibt Joule als Einheit der übertragenen Energie.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Temperatur
- objektive Messgröße: Thermometer und Einheit
- Teilchenmodell: stärkere mittlere Bewegung bei höherer Temperatur
- Wahrnehmung: abhängig von Wärmefluss und Ausgangszustand
- Wärmeübertragung: von warm nach kalt bis zum Gleichgewicht
- Skalen: Celsius und Kelvin mit gleich großen Schritten
- Energiebedarf: abhängig von Masse, Stoff und Temperaturänderung
Abschluss-Check
Du hast das Ziel erreicht, wenn du Temperatur nicht mit Wärme oder innerer Energie verwechselst, einen Thermometerwert mit Einheit angibst und Celsius- sowie Kelvinwerte sicher ineinander umrechnest.