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Lexikon Physik

Temperatur und Temperaturskalen

Die Temperatur T ist ein Maß dafür, wie viel Wärmeenergie ein Körper oder physikalisches System enthält, d. h., wie groß die Energie der ungerichteten Zufallsbewegungen seiner Atome oder Moleküle im Mittel ist. Dies wird in der Wärmelehre (Thermodynamik) im Detail untersucht.

Die SI-Einheit der Temperatur ist das Kelvin (nach dem Adelstitel Kelvin des Physikers William Thomson, Einheitenzeichen K). Es ist eine der sieben Basiseinheiten des SI. Ebenfalls zulässig ist die Angabe in Grad Celsius (°C); beide Einheiten unterscheiden sich lediglich in der Wahl des Nullpunkts der Temperaturskala (s. u.). Die in K ausgedrückte Temperatur heißt auch absolute oder thermodynamische Temperatur. Für die Angabe in °C wird manchmal das Formelzeichen \(\vartheta\) benutzt. Geräte zur Temperaturmessung heißen Thermometer.

Die kleinste physikalisch mögliche Temperatur beträgt exakt 0 K = –273,15 °C, sie wird auch absoluter Nullpunkt der Temperatur genannt. Nach dem dritten Hauptsatz der Wärmelehre lässt sich der Nullpunkt allerdings nie erreichen. Aus den Gesetzen der Quantenphysik weiß man außerdem, dass auch am absoluten Nullpunkt Atome oder Moleküle nicht völlig bewegungslos sein können; dies verbietet die Heisenberg’sche Unschärferelation. Die Tieftemperaturphysik beschäftigt sich mit dem Erzeugen immer kleinerer Temperaturen bis in den Bereich von Nano- und Pikokelvin sowie den dort auftretenden Effekten wie Supraleitung und Suprafluidität.

Um Temperaturen praktisch messen zu können, benötigt man eine Temperaturskala (von ital. scala „Treppe, Stufe“). Diese ist durch physikalisch definierte Fixpunkte festgelegt, zwischen denen in gleichen Abständen Grade (wörtlich „Schritte“) interpoliert werden. Ursprünglich waren Kelvin- und Celsiusskala dadurch definiert, dass 0 °C = 273,15 K dem Schmelzpunkt und dass 100 °C = 373,15 K dem Siedepunkt von Wasser entsprechen. Die heute gültige Internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) legt eine Vielzahl von Fixpunkten zwischen dem Tripelpunkt von Wasserstoff (13,8 K) und dem Schmelzpunkt von Kupfer (1357,8 K) fest.

Von den übrigen früher benutzten Temperaturskalen hat nur noch die Fahrenheit-Skala (nach Daniel G. Fahrenheit) eine gewisse Bedeutung, die von traditionsbewussten (und weniger international orientierten) Bewohnern des angelsächsischen Sprachraums benutzt wird. Diese hat vier Fixpunkte, darunter den Schmelzpunkt von Wasser als 32 °F und die typische Körpertemperatur eines Menschen als 100 °F. Für die Umrechnung in Grad Celsius gilt:

\(1\,\text{°F} =\left( \dfrac 9 5 + 32 \right) \text{°C}\)

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