Celsius – die beste Temperatur-Skala? | Terra X Plus
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Transkript (automatisch erstellt)

0:01 Wie heiß ist dieses Wasser? 100 Grad. Aber warum ausgerechnet 100? Wer hat sich das denn ausgedacht? Warum sind 100° Celsius gleich 373 Kelvin? Und was ist denn überhaupt “Temperatur”? Das alles klären wir jetzt.
0:14 Alles um uns herum besteht aus kleinsten Teilchen, den Atomen und Molekülen, die einfach nicht stillhalten können. Sie sind ständig in Bewegung: die Temperatur ist ein Ausdruck davon, wie heftig sie umherschwirren.
0:30 Je schneller, desto wärmer und umgekehrt – bis hin zum absoluten Nullpunkt, quasi kompletter Stillstand, dazu später mehr! Temperatur umgibt uns also immer! Deshalb haben die Menschen auch schon vor über 2.000 Jahren versucht, sie zu messen.
0:45 Philon von Byzanz, ein griechischer Erfinder, hat im 2. Jahrhundert vor Christus erkannt, dass sich Wasser bei steigenden Temperaturen ausdehnt. Das machte er sich zunutze und baute ein erstes rudimentäres Messinstrument.
0:59 Für den Bau eines richtigen Messgeräts hat es damals aber noch nicht gereicht – dafür mussten noch über 1.000 Jahre vergehen! Und es brauchte einen überaus klugen Kopf: Galileo Galilei. Er konstruierte um das Jahr 1593 das erste Temperatur-Messgerät:
1:15 Mithilfe einer Glaskolben-Konstruktion, etwas Luft und Wasser machte er sichtbar, wie sich die Luft bei unterschiedlichen Temperaturen ausdehnt und wieder zusammenzieht. In optimierter Form gibt es diese Messgeräte sogar heute noch, aber in optimierter Form, denn den frühen Instrumenten fehlte etwas sehr Wichtiges: Eine einheitliche Skala.
1:35 Deshalb sprach man auch nicht von einem Thermometer sondern einem Thermoskop. Diesem Problem widmete sich im 18. Jahrhundert der deutsche Erfinder Daniel Fahrenheit. Mit Quecksilber hat er sehr fortschrittliche Thermometer entwickelt.
1:48 Und die einheitliche Fahrenheit-Skala, die teilweise noch heute genutzt wird. Fast gleichzeitig tüftelte ein schwedischer Astronom in Uppsala an seiner eigenen Einteilung: Anders Celsius. Dieser Name kommt euch bestimmt bekannt vor!
2:05 Herr Celsius legte auf seinem Thermometer zwei Fixpunkte fest: Der Gefrierpunkt von Wasser lag demnach bei 100 und der Siedepunkt bei 0. Den Bereich dazwischen teilte er in 100 gleiche Abschnitte ein.
2:17 Aber Moment – ist da nicht was falsch? Nein, die ursprüngliche Skala von Anders Celsius´ stand auf dem Kopf! Kurz nach seinem Tod hat man sie aber umgedreht. Das war einfacher.
2:30 Celsius benannte seine Skala übrigens nicht nach sich selbst. Diese Ehre erwies ihm erst 1948 die Generalkonferenz für Maß und Gewicht, die CGPM. Die Auswahl des Gefrier- und Siedepunkts von Wasser hat den Vorteil, dass jeder sie Zuhause replizieren kann: Es ist sichtbar, wann Wasser kocht oder gefriert.
2:51 Aber immer genauere Messungen haben im Laufe der Zeit ergeben, dass die Fixpunkte ziemlich stark variieren, zum Beispiel durch den Luftdruck: Je niedriger der ist, desto schneller kocht Wasser. Eine neue Definition musste her!
3:05 Also legte die CGPM 1954 fest, dass sich die Temperatur vom Tripelpunkt des Wassers ableitet. Der Tripelpunkt ist ein Zustand, in dem Wasser gleichzeitig im flüssigen, festen und gasförmigen Zustand existiert.
3:20 Der Punkt wird erreicht, wenn man etwas Wasser in einem Vakuum platziert. Senkt man dann sowohl Temperatur als auch den Druck, der von verdampfenden Wasser ausgeht, liegt der Siedepunkt des Wassers irgendwann bei der gleichen Temperatur wie der Gefrierpunkt. Diese Temperatur ist immer exakt gleich.
3:39 Hier müssen wir einen kleinen Einschub machen: Für uns ist die Celsius-Skala zwar die Geläufigste, in der Physik nutzen Forschende aber häufig die Kelvin-Skala – und jetzt kommt wieder der absolute Nullpunkt ins Spiel!
3:53 An diesem – nur theoretisch erreichbaren – Punkt kommen quasi alle Teilchen zum Stillstand, kälter geht es nicht: Hier herrschen 0 Kelvin. Es gibt also keine negativen Kelvin-Werte.
4:04 Deshalb ist für die Temperatur auch Kelvin die SI-Einheit – also die international anerkannte Basiseinheit – und nicht Grad Celsius. Die Unterschiede zwischen “einem Grad” sind bei Celsius und Kelvin gleich, die beiden Skalen sind nur verschoben: 0 Kelvin entsprechen etwa -273°C.
4:25 Für die Definition von Grad Celsius nutzte man also das Kelvin und dafür den Tripelpunkt von Wasser. Apropos Definition: Die hing jetzt immer noch vom Wasser ab – und das weist immer kleinste Unterschiede in seiner Zusammensetzung auf,
4:39 die wir zwar nicht bemerken, die aber den Tripelpunkt beeinflussen, wenn auch nur minimal. Wie bei allen anderen SI-Einheiten auch, war es das Ziel, Kelvin – und damit Celsius – über eine Naturkonstante zu definieren. Also einen Wert, der immer und überall gleich ist.
4:55 Ob ihrs glaubt oder nicht: Das gelang erst 2017 und zwar hier bei uns in Deutschland! Genauer gesagt in Berlin, an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Forschende haben es dort geschafft, die sogenannte Boltzmann-Konstante mit diesem riesigen Gerät so exakt zu messen, dass sie für die Temperatur-Definition herhalten kann.
5:18 Die Boltzmann-Konstante ist ein fester Wert, über den der Zusammenhang zwischen thermischer Energie – also Temperatur – und der Bewegungsenergie einzelner Teilchen beschrieben werden kann. Für die Messung haben die Forschenden ein sogenanntes – Achtung! – “Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometer” benutzt. Das hat mit unseren Thermometern zuhause nicht viel zu tun.
5:40 Die machen es sich teilweise immer noch zunutze, dass sich Flüssigkeiten bei verschiedenen Temperaturen ausdehnen und zusammenziehen. Statt giftigem Quecksilber steckt heute eingefärbter Alkohol in unseren Thermometern.
5:53 Die Möglichkeiten, Temperatur zu messen, sind mit unserem technischen Fortschritt immer vielseitiger geworden. Gesundheit! Das klassische Fieberthermometer z.B. funktioniert elektrisch: In seiner Spitze befindet sich ein Sensor, der Teil eines Stromkreises ist.
6:09 Je nach Temperatur ändert sich der elektrische Widerstand des Sensors. Anhand dieser Veränderungen erkennt das Thermometer die Temperatur und gibt sie meist in “Grad Celsius” an! Wie geht es euch: Mögt ihr es lieber warm oder kalt? Schreibt uns das doch mal in die Kommentare und lasst gleich ein Abo da!