Temperatur verstehen, messen und umrechnen

Alle Stoffe bestehen aus Teilchen. In Gasen und Flüssigkeiten bewegen sie sich; in Festkörpern schwingen sie um feste Plätze. Bei höherer Temperatur ist die ungeordnete Bewegung im Mittel stärker.

Temperatur hängt nicht von der Menge ab: Teilst du einen Liter Wasser bei 20 °C in zwei gleiche Portionen, haben beide noch 20 °C. Die innere Energie umfasst dagegen die Bewegung und die Anordnung aller Teilchen. Sie hängt auch von Stoffart, Stoffmenge und Zustand ab.

Bei einem Temperaturunterschied wird Energie vom wärmeren zum kälteren Körper übertragen. Diese übertragene Energie heißt Wärme. Der Austausch endet, wenn beide dieselbe Temperatur haben: im thermischen Gleichgewicht.

Ein Thermometer nutzt eine Eigenschaft, die sich mit der Temperatur verändert. Beim Flüssigkeitsthermometer dehnt sich die Messflüssigkeit beim Erwärmen aus. Warte vor dem Ablesen, bis die Anzeige stabil ist. Andere Geräte nutzen elektrische Eigenschaften oder die Wärmestrahlung eines Körpers.

Im Alltag verwendet man Grad Celsius (°C). In der Physik benutzt man auch Kelvin (K). Bei normalem Luftdruck schmilzt reines Eis bei etwa 0 °C, also 273,15 K. Der tiefstmögliche Wert ist 0 K; das sind −273,15 °C. Die Skalen haben gleich große Schritte, aber verschiedene Nullpunkte: Eine Änderung um 1 °C entspricht einer Änderung um 1 K.

Celsius in Kelvin: Addiere 273,15 zum Celsiuswert. Kelvin in Celsius: Ziehe 273,15 vom Kelvinwert ab. Der Kelvinwert nennt die Temperatur vom tiefstmöglichen Wert aus.

Dieselbe Wärmemenge kann verschiedene Stoffe unterschiedlich stark erwärmen. Auch die Menge spielt eine Rolle: Mehr Wasser braucht für die gleiche Erwärmung mehr Energie als weniger Wasser.

In der Wärmekapazität lernst du später, wie man diesen Bedarf berechnet. Die einfache Rechnung gilt nur, solange der Stoff fest, flüssig oder gasförmig bleibt. Beim Schmelzen oder Verdampfen reicht sie nicht. Die Temperatur allein verrät nicht, wie viel innere Energie ein Körper besitzt.