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Temperaturumrechnung

Celsius und Fahrenheit sind unterschiedliche Temperaturskalen. Wenn die Temperatur eines Objekts in Celsius gemessen und angegeben wird und wir sie dann in Fahrenheit angeben möchten, rechnen wir von Celsius in Fahrenheit um. In diesem Abschnitt lernen wir, wie man Temperaturumrechnungen durchführt.

Bei einem Druck von 1 atm beträgt die Eispunkttemperatur für ein Celsius-Thermometer 0 ^oC, während die Fahrenheit-Thermometerskala = 32 ^oF. Umgekehrt beträgt die Dampfpunkttemperatur bei einem Druck von 1 atm für ein Thermometer mit Celsius-Skala 100. ^oC, während die Fahrenheit-Thermometerskala = 212 ^oF. Betrachten Sie das untenstehende Bild!

Thermometerskala

Thermometer-Skalentypen

Damit ein Thermometer zur Temperaturmessung verwendet werden kann, muss es auf einer Skala definiert sein. Zwei gebräuchliche Thermometerskalen sind die Celsius- und die Fahrenheit-Skala. In Indonesien ist die Celsius-Skala am weitesten verbreitet. Sie wird auch Centigrad genannt. Centigrad entspricht hundert Schritten. Die Fahrenheit-Skala wird häufig in den Vereinigten Staaten oder Ländern mit kalten Wintern verwendet. Eine besonders wichtige Temperaturskala in der Wissenschaft ist die absolute Skala, auch Kelvin-Skala genannt. Die Kelvin-Skala wird später genauer erläutert.

Die Celsius- und Fahrenheit-Skala verwenden den Gefrier- und Siedepunkt von Wasser als feste Bezugspunkte. Der Gefrierpunkt eines Stoffes ist die Temperatur, bei der sich der feste und der flüssige Zustand im thermischen Gleichgewicht befinden . Umgekehrt ist der Siedepunkt eines Stoffes die Temperatur, bei der sich der flüssige und der gasförmige Zustand im thermischen Gleichgewicht befinden. Gefrier- und Siedepunkte ändern sich stets mit dem Luftdruck, daher muss dieser zuerst bestimmt werden. Üblicherweise verwendet man den Standarddruck von 1 atm (einer Atmosphäre). Eine Atmosphäre ist die Einheit des Luftdrucks.

Thermometerkalibrierung

Die Kalibrierung eines Thermometers ist der Vorgang, bei dem eine Skala auf dem Thermometer erstellt wird. Hier sind einige Schritte zur Kalibrierung eines Thermometers : Zuerst benötigen Sie ein Quecksilberthermometer oder ein Alkoholthermometer ohne Skala. Zweitens benötigen Sie ausreichend Eis. Drittens benötigen Sie ausreichend Wasser. Viertens benötigen Sie einen Wasserkocher, mit dem Sie das Wasser zum Kochen bringen können. Fünftens geben Sie Eis und Wasser in ein Gefäß (Wasser und Eis haben die gleiche Masse). Anschließend legen Sie das Thermometer in das Gefäß mit dem Wasser und dem Eis.

Definition des Thermometers

Ein Thermometer ist ein Gerät zur Temperaturmessung . Es gibt viele verschiedene Arten von Thermometern, aber sie alle funktionieren nach demselben Prinzip. Typischerweise werden thermoplastische Materialien verwendet, deren Eigenschaften sich mit der Temperatur verändern. Ändert sich die Temperatur eines Objekts, ändern sich auch seine Form und Größe. Die meisten Thermometer verwenden Materialien, die sich bei Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen.

Nullter Hauptsatz der Thermodynamik

Material zum nullten Hauptsatz der Thermodynamik

Bisher haben wir nur das thermische Gleichgewicht zweier sich berührender Objekte betrachtet. Um das Konzept des thermischen Gleichgewichts besser zu verstehen, betrachten wir drei Objekte (Objekt A, Objekt B und Objekt C). Beispielsweise berühren sich die Objekte B und C nicht, Objekt A hingegen berührt sowohl Objekt B als auch Objekt C. Siehe Abbildung unten.

Da sich die Objekte A und B berühren, befinden sie sich im thermischen Gleichgewicht, ebenso wie die Objekte A und C. Befinden sich auch die Objekte B und C, die sich nicht berühren, im thermischen Gleichgewicht?

Thermisches Gleichgewicht

Thermisches Gleichgewichtsmaterial

Hast du schon mal Eistee getrunken? Eistee wird zubereitet, indem man heißes Teewasser mit Eis mischt. Nach kurzem Umrühren oder ein paar Sekunden oder Minuten Stehenlassen kühlt sich die Mischung ab. Heißes Teewasser hat eine höhere Temperatur als Eis. Wenn man heißes Teewasser in einem Gefäß wie einem Glas mit Eis vermischt, gibt das heiße Wasser etwas Wärme an das Eis ab. Dadurch ist der Eistee kälter als das heiße Wasser, aber kälter als das Eis.

Wärmeübertragung durch Strahlung

Wie fühlt es sich an, an einem heißen Tag oder beim Sport schwarze Kleidung zu tragen? Im Vergleich dazu, weiße Kleidung zu tragen? In schwarzer Kleidung wird einem tagsüber schnell heiß. Woran liegt das? Die Entfernung zwischen Sonne und Erde ist morgens fast genauso groß wie mittags und abends. Warum ist es dann morgens und abends kühler und nachmittags heißer? Die Antwort liegt in der Wärmeübertragung durch Strahlung.

Wärmeübertragung durch Wärmeleitung

Setzt man sich auf einen Holzstuhl, erwärmt sich dessen Oberfläche. Setzt man sich hingegen auf einen Stuhl aus Kunststoff oder Metall, fühlt sich dessen Oberfläche nach dem Hinsetzen nicht warm an. Warum ist die Oberfläche eines Holzstuhls warm, die eines Metallstuhls aber kalt? Warum kann das Schlafen auf einem kalten Boden ohne Matratze Schmerzen verursachen? Haben Sie schon einmal eine kalte Jacke getragen? Warum bestehen die meisten kalten Jacken aus Wolle? Es gibt noch viele weitere Fragen und Überlegungen zum Thema Wärmeleitung.

Wärmeübertragung durch Konvektion

Warst du schon einmal an einem sonnigen Tag am Strand? An sonnigen Tagen weht dort immer ein Wind vom Meer zum Land. Warum weht am Strand immer Wind? Warum gibt es tagsüber eine Seebrise (Wind vom Meer zum Land) und nachts eine Landbrise (Wind vom Land zum Meer)? Warum ziehen während der Regenzeit Wolken über Berghänge? Warum fühlt sich der Wind kühl an? Die Antworten auf diese Fragen hängen mit der spezifischen Wärmekapazität von Land und Meer, der Ausdehnung, der Dichte und dem Wärmetransport durch Konvektion zusammen . Wenn du dieses Thema gut und richtig verstehst, kannst du die obigen Fragen und weitere, die dir später vielleicht begegnen, beantworten.

Wärmeübertragung

Es gibt drei Arten der Wärmeübertragung , nämlich Wärmeübertragung durch Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung.

Wärmeübertragung durch Wärmeleitung. Wenn ein Objekt mit hoher Temperatur mit einem Objekt mit niedriger Temperatur in Kontakt kommt, fließt Energie vom Objekt mit hoher Temperatur zum Objekt mit niedriger Temperatur. Die zusätzliche Energie versetzt die Atome und Moleküle des Objekts in schnellere Bewegung. Dabei besitzen die Moleküle kinetische Energie (ΔK = ½ mv² ⁾ . Die schnelleren Moleküle (mit höherer kinetischer Energie) stoßen mit benachbarten Molekülen zusammen. Diese Moleküle stoßen wiederum mit weiteren benachbarten Molekülen zusammen. Und so weiter. Durch die Kollisionen der Moleküle wird also Energie übertragen. Wärmeübertragung durch Kollisionen zwischen den Molekülen eines Objekts wird als Wärmeleitung bezeichnet. Wärmeleitung findet üblicherweise in Festkörpern oder von Festkörpern zu Flüssigkeiten (Flüssigkeiten zu Festkörpern) oder von Festkörpern zu Gasen (Gase zu Festkörpern) statt.