Grad Fahrenheit

Grundidee und Einheit

Grad Fahrenheit mit dem Einheitenzeichen °F ist eine Maßeinheit der Temperatur im angloamerikanischen Maßsystem. Die Temperatur wird mit T beziehungsweise eine Temperaturdifferenz mit ΔT bezeichnet. Benannt ist die Einheit nach dem deutschen Physiker Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736).

Die Fahrenheit-Skala legt Zahlenwerte für Temperaturen fest. In ihrer heutigen Form liegen der Gefrierpunkt von Wasser bei 32 °F und der Siedepunkt von Wasser bei Normaldruck bei 212 °F. Zwischen diesen beiden Punkten liegen somit 180 Fahrenheitgrade. Die Größe eines Fahrenheitgrades entspricht 5/9 eines Celsiusgrades.

Ursprüngliche Festlegung

Fahrenheit entwickelte seine Skala nach einem Besuch beim dänischen Astronomen Ole Rømer. Rømer hatte als Erster ein Thermometer mithilfe zweier Fixpunkte kalibriert. In seiner Rømer-Skala lagen der Gefrierpunkt des Wassers bei ungefähr 7,5 °Rø, der Siedepunkt bei 60 °Rø und die durchschnittliche menschliche Körpertemperatur bei ungefähr 26,9 °Rø.

Als Nullpunkt seiner eigenen Skala wählte Fahrenheit die niedrigste Temperatur, die er mit einer Kältemischung aus Eis, Wasser und Salmiak, also Ammoniumchlorid, oder Seesalz erzeugen konnte. Diese Temperatur von 0 °F entspricht −17,8 °C. Dadurch wollte er negative Skalenwerte vermeiden, die auf der Rømer-Skala bei Temperaturen unter −14,3 °C vorkamen.

Als zweiten Fixpunkt legte Fahrenheit 1714 den Gefrierpunkt reinen Wassers bei 32 °F fest. Der dritte Fixpunkt war die Körpertemperatur eines „gesunden Menschen“ bei 96 °F. Das entspricht rund 35,6 °C und liegt nach heutigen Messmethoden unterhalb des menschlichen Normaltemperaturbereichs.

Neudefinition und wichtige Bezugspunkte

Ein Fixpunkt ist eine genau festgelegte, möglichst reproduzierbare Temperatur, anhand der eine Skala kalibriert wird. Mit den genaueren Messverfahren des 19. Jahrhunderts zeigte sich, dass besonders der ursprüngliche untere und obere Fixpunkt der Fahrenheit-Skala nicht ausreichend genau reproduzierbar waren. Deshalb musste die Skala neu definiert werden. Für eine Temperaturskala benötigt man zwei verschiedene und möglichst zuverlässig reproduzierbare Temperaturen sowie Festlegungen für den Nullpunkt und die Einteilung des Abstands zwischen den Fixpunkten.

Seit den 1860er Jahren wurden die hergebrachten Einheiten des angloamerikanischen Maßsystems an das internationale metrische System angebunden. Die Fahrenheit-Skala wurde nun durch die Skala des hundertteiligen Thermometers bestimmt: Der Gefrierpunkt des Wassers lag bei 32 °F, der Siedepunkt bei 212 °F. In den Vereinigten Staaten wurde diese Festlegung 1893 durch die Mendenhall Order gesetzlich eingeführt. Seit 1948, als das hundertteilige Thermometer in Celsius-Skala umbenannt und neu definiert wurde, ist die Fahrenheit-Skala indirekt durch die Kelvin-Skala definiert.

Wichtige Vergleichswerte sind: • Siedepunkt des Wassers bei Normaldruck: 373,150 K = 100,000 °C = 212,000 °F = 671,670 °Ra. • Körpertemperatur nach Fahrenheit: 308,705 K = 35,555 °C = 96,000 °F = 555,670 °Ra. • Tripelpunkt des Wassers: 273,160 K = 0,010 °C = 32,018 °F = 491,688 °Ra. Der Tripelpunkt ist die Temperatur, bei der Wasser in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand gleichzeitig bestehen kann. • Gefrierpunkt des Wassers bei Normaldruck: 273,150 K = 0,000 °C = 32,000 °F = 491,670 °Ra. • Ursprüngliche Kältemischung aus Wasser, Eis und NH₄Cl: 255,372 K = −17,777 °C = 0,000 °F = 459,670 °Ra. • Absoluter Nullpunkt: 0 K = −273,150 °C = −459,670 °F = 0 °Ra.

Die ursprünglichen Fixpunkte haben heute ihre definierende Rolle verloren und gelten nur noch näherungsweise. Allein der absolute Nullpunkt besitzt weiterhin exakt die angegebenen Werte.

Umrechnung

Die geschweiften Klammern in den Formeln bezeichnen den reinen Zahlenwert einer Temperatur in der jeweils angegebenen Einheit.

Zwischen Fahrenheit und Celsius gilt exakt: {t} in °C = ({t} in °F − 32) · 5/9 {t} in °F = {t} in °C · 9/5 + 32

Zwischen Fahrenheit und Kelvin gilt: {T} in K = ({t} in °F + 459,67) · 5/9 {t} in °F = {T} in K · 9/5 − 459,67

Zwischen Fahrenheit und Rankine gilt: {T} in °Ra = {t} in °F + 459,67 {t} in °F = {T} in °Ra − 459,67

Bei −40° schneiden sich Celsius- und Fahrenheit-Skala: −40 °C = −40 °F.

In der Nähe des Gefrierpunkts werden mitunter Angaben wie „Degrees below Freezing“ oder „Degrees above Freezing“ verwendet. Das sind keine Celsiuswerte, sondern Fahrenheitwerte, die gegenüber der normalen Fahrenheit-Skala um 32 verschoben sind: {t} in °Freezing = {t} in °F − 32 {t} in °F = {t} in °Freezing + 32

Beispiel: „9 degrees below freezing“ bedeutet 9 Fahrenheitgrade unterhalb des Gefrierpunkts und entspricht −5 °C.

Verbreitung und heutige Verwendung

Im 18. und frühen 19. Jahrhundert war die Fahrenheit-Skala auch in Europa verbreitet. Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts setzte sich mit dem metrischen System in Kontinentaleuropa die Celsius-Skala durch.

In Großbritannien blieb Fahrenheit länger gebräuchlich und diente auch zur Definition bestimmter imperialer Maßeinheiten. Der Weights and Measures Act von 1855 definierte beispielsweise das Yard anhand eines Norm-Yards aus Bronze und Gold bei 62 °F. Herstellungstechnisch leicht abweichende Kopien wurden durch geringfügig andere Eichungstemperaturen zwischen 61,94 und 62,16 °F angepasst.

Die Einführung des metrischen Systems wurde in Großbritannien seit 1818 diskutiert und zwischen 1965 und 1980 vorangetrieben, danach jedoch wieder aufgegeben. Erst die Mitgliedschaft im Europäischen Binnenmarkt machte sie ab 1993 zwingend. In inoffiziellen britischen Veröffentlichungen, besonders in Wettervorhersagen, kam Fahrenheit auch nach 1995 noch vor, allerdings immer seltener.

Offiziell wird die Fahrenheit-Skala heute nur noch in den USA und ihren Außengebieten, in Belize sowie auf den Bahamas und den Cayman Islands verwendet.

Sonderpostwertzeichen

Zum 300. Jahrestag der Einführung der Fahrenheit-Skala veröffentlichte die Deutsche Post AG am 3. November 2014 ein Sonderpostwertzeichen im Wert von 60 Eurocent. Gestaltet wurde es von den Grafikern Thomas und Martin Poschauko.