Messsensoren Temperatur

Temperatur

Temperatur

Temperatur ist eine physikalische Größe der Materie, die die gängigen Begriffe Wärme und Kälte quantitativ ausdrückt. Die Objekte mit niedriger Temperatur sind kalt, während Objekte mit höheren Temperaturen als warm oder heiß betrachtet werden. Die Temperatur wird mit Thermometern quantitativ gemessen. Die Thermometer können in Bezug auf verschiedene Temperaturskalen kalibriert werden.

Skalen zum Messen der Temperatur

Die drei häufigsten Skalen zum Messen der Temperatur sind:

  • Die Celsius-Skala (Grad Celsius)
  • Die Kelvin-Skala
  • Die Fahrenheit-Skala

Fast jeder verwendet die Celsius-Skala (° C) zur Messung der meisten Temperaturen. Die Temperaturschwankung zwischen einem Grad und dem nächsten Grad in einer Celsius-Skala ist die gleiche wie in einer Kelvin-Skala. Der Unterschied zwischen der Celsius- und der Kelvin-Skala liegt in der Fixierung ihres Nullpunktes: Im Celsiusbereich entspricht die 0ºC dem Gefrierpunkt von Wasser. Diese Temperatur, die auf der Kelvin-Skala abgeblättert wurde, entspricht 273,15 Kelvin (273,15 K). Der Kernpunkt der Kelvin-Skala, die 0 Kelvin, entspricht der Mindesttemperatur, bei der ein Körper theoretisch erreichen könnte. Kälter als die 0 Kelvin ist unmöglich.

Es gibt jedoch einige Länder, insbesondere die Vereinigten Staaten, in denen die Fahrenheit-Skala immer noch im täglichen Leben verwendet wird. Dies ist eine historische Temperaturskala, bei der der Gefrierpunkt von Wasser bei 32 ° F und die Siedetemperatur von Wasser bei 212 ° F liegen.

Die Maßeinheit für die Temperatur im Internationalen Einheitensystem (SI) ist Kelvin. Der Kelvin ist daher die von Wissenschaftlern verwendete Einheit.

Für praktische Zwecke der Temperaturmessung innerhalb der Wissenschaft definiert das Internationale Einheitensystem (SI) eine Skala und eine Einheit für die thermodynamische Temperatur, die auf dem Tripelpunkt von Wasser basiert. Der Tripelpunkt ist derjenige, bei dem der feste Zustand, der flüssige Zustand und der gasförmige Zustand einer Substanz im Gleichgewicht nebeneinander existieren. Es wird mit einer Temperatur und einem Dampfdruck definiert. Der Tripelpunkt von Wasser ist ein zweiter, leicht reproduzierbarer Referenzpunkt.

Aus historischen Gründen wurde der Tripelpunkt von Wasser auf 273,16 Einheiten des Messbereichs festgelegt. Dieses Intervall wird als Kelvin (in Kleinbuchstaben) bezeichnet, das durch das Symbol K (großgeschrieben) zu Ehren des schottischen Physikers William Thomson (Lord Kelvin) dargestellt wird, der die Skala zum ersten Mal definierte.

Temperatur und Thermodynamik

Die Wärmeübertragung bezieht sich auf die Änderung der Temperatur, wenn keine Phasenänderung vorliegt. Thermodynamik

Eine der wichtigsten Eigenschaften, die auf dem Gebiet der Thermodynamik untersucht werden, ist die Temperatur. In der Thermodynamik sind Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Materiebereichen besonders wichtig. Diese Unterschiede sind diejenigen, die die Bewegung von Wärme von einer Region zur anderen ermöglichen. Die Wärme ist, dass es die Übertragung von Wärmeenergie ist.

Spontan fließt die Wärme nur aus den Bereichen höherer Temperatur in den Bereichen niedrigerer Temperatur. Wie im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in der Clausius-Aussage angegeben. Wenn also keine Wärme zwischen zwei Objekten übertragen wird, liegt dies daran, dass beide Objekte die gleiche Temperatur haben.

Nach dem klassischen thermodynamischen Ansatz variiert die Temperatur eines Objekts proportional zur Geschwindigkeit der darin enthaltenen Partikel. Sie hängt nicht von der Anzahl der Partikel (der Masse) ab, sondern von der Durchschnittsgeschwindigkeit: Je höher die Temperatur, desto höher die Durchschnittsgeschwindigkeit. Daher hängt die Temperatur direkt von der durchschnittlichen kinetischen Energie der Partikel ab, die sich relativ zum Massenmittelpunkt des Objekts bewegen.

Die Temperatur ist eine intensive Variable, da sie unabhängig von der Menge der in einem Objekt enthaltenen Teilchen ist, unabhängig davon, ob sie Atome, Moleküle oder Elektronen sind. Die Temperatur ist eine Eigenschaft, die nicht von der Stoffmenge oder der Materialart abhängt.

Temperatur und Wärmeenergie

Die Moleküle aller materiellen Substanzen (Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase) befinden sich aufgrund ihrer vielfältigen Wechselwirkungen im Körper ständig in einem Zustand der Vibration oder Bewegung. Aufgrund dieser zufälligen Bewegung besitzen die Atome und Moleküle der Materie etwas innere Energie, da sie kinetische Energie in Form von Bewegung und auch potentielle Energie aufgrund der zwischen den Teilchen ausgeübten Kräfte besitzen.

Die innere Energie wird auch als thermische Energie der Körper bezeichnet.

Andererseits ist die Temperatur die Größe, mit der der Durchschnittswert der thermischen Energie eines Körpers erfasst werden kann.

Temperaturmessung

Um die Temperatur eines Systems zu bestimmen, muss es sich im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur nur dann mit der Position variiert, wenn für jeden Punkt ein kleiner Bereich um ihn herum vorhanden ist, der als thermodynamisches System im Gleichgewicht behandelt werden kann. In der statistischen Thermodynamik wird von Freiheitsgraden anstelle von Partikeln gesprochen.

In der Thermodynamik wird gesagt, dass sich ein System in einem Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts befindet, wenn es unter bestimmten Randbedingungen nicht spontan zu einer Zustandsänderung oder einem thermodynamischen Prozess kommen kann.

In einem grundlegenderen Ansatz wird die empirische Definition der Temperatur von den Bedingungen des thermischen Gleichgewichts abgeleitet, die im Null-Prinzip der Thermodynamik ausgedrückt werden. Wenn sich zwei Systeme im thermischen Gleichgewicht befinden, haben sie die gleiche Temperatur. Die Erweiterung dieses Prinzips als Äquivalenzbeziehung zwischen mehreren Systemen rechtfertigt grundsätzlich die Verwendung des Thermometers und legt die Prinzipien seiner Konstruktion für die Temperaturmessung fest. Obwohl der Nullsatz der Thermodynamik die empirische Definition vieler Temperaturskalen ermöglichen würde, wählt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine einzige Definition als die bevorzugte: die absolute Temperatur, die als thermodynamische Temperatur bezeichnet wird.

Diese Funktion entspricht der Veränderung der inneren Energie in Bezug auf Änderungen der Entropie eines Systems. Sein natürlicher, innerer oder Nullpunkt ist der absolute Nullpunkt, wobei die Entropie eines Systems minimal ist. Obwohl dies die absolute Minimaltemperatur ist, die das Modell beschreibt, geht der dritte Hauptsatz der Thermodynamik davon aus, dass der absolute Nullpunkt von keinem physikalischen System erreicht werden kann.

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Geändert am: 9. November 2016

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