Temperaturskala

Tem|pe|ra|tur|ska|la 〈f.; -, -ska|len〉 Zuordnung von Zahlenwerten zu Temperaturen unter Zuhilfenahme bestimmter Festpunkte wie Eispunkt, Goldpunkt

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Tem|pe|ra|tur|ska|la [lat. scalae = Treppe, Leiter (scandere = steigen)]: durch thermodynamisch definierte Temp. (Fixpunkte) festgelegte Skala zur Angabe von Temperaturen u. Temperaturdifferenzen. Im SI seit 1990 allein verbindlich ist die internat. T. (ITS-90) mit der Einheit ↑ Kelvin u. mit Fixpunkten wie den Tripelpunkten des Wasserstoffs (13,8033 K) u. des Wassers (273,16 K) u. mit den Schmelzpunkten von Ga, In, Al, Ag, Au u. Cu. Daneben gibt es die älteren empirischen T. der Celsius-, Fahrenheit-, Rankine- u. Réaumur-Temperatur.

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Tem|pe|ra|tur|ska|la, die (Physik):

Skala zur Messung od. zur Einstellung einer Temperatur.

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Temperatur|skala,

 

Temperaturskale, Skala zur Angabe von Temperaturen und Temperaturdifferenzen. Die historisch entstandenen empirischen Temperaturskalen gehen von der Annahme aus, dass das Volumen eines Stoffs (Gas, Flüssigkeit) eine lineare Funktion der Temperatur ist. Sie werden durch zwei ausgewählte, messtechnisch möglichst gut reproduzierbare Temperaturen (Fundamentalpunkte) festgelegt, denen je ein Zahlenwert in der zu definierenden Temperaturskala zugeordnet wird. Der Skalenteilungswert (und damit die Größe eines Temperaturgrads) wird dann durch gleichmäßige (lineare) Aufteilung des Temperaturintervalls zwischen den zugeordneten Zahlenwerten bestimmt und auf die entsprechende Volumenänderung des Stoffs im Thermometer übertragen. Eine etwaige Erweiterung der empirischen Temperaturskala nach oben und unten erfolgt im gleichen Gradmaß. Am weitesten verbreitet ist die Celsius-Skala (Grad Celsius) mit der Festlegung des Gefrier-(Eis-)Punktes von Wasser auf 0 ºC (Eispunkt) und des Siede-(Dampf-)Punktes auf 100 ºC (Dampfpunkt). Weitere bekannte empirische Temperaturskalen sind die Fahrenheit-Skala (Grad Fahrenheit) und die Réaumur-Skala (Grad Réaumur). Infolge der unterschiedlichen Abweichung realer Stoffe von der angenommenen linearen Temperaturabhängigkeit des Volumens können bei gewöhnlichen Thermometern die mit verschiedenen Flüssigkeiten gemessenen Temperaturwerte geringfügig differieren.

 

Thermodynamische Temperaturskala:

 

Die auf dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik beruhende universelle Temperaturskala ist die erstmals 1848 von W. Thomson (Lord Kelvin) abgeleitete absolute oder thermodynamische Temperaturskala (Kelvin-Skala). Sie ist von den thermischen Eigenschaften einer Thermometersubstanz unabhängig und folgt aus der Definition der thermodynamischen Temperatur über einen Carnot-Prozess. Zur Festlegung der SI-Basiseinheit der Temperatur, dem Kelvin (K), wird dem absoluten Nullpunkt der Wert 0 K, dem Tripelpunkt des Wassers der Wert 273,16 K zugewiesen. Mithilfe der so gewählten Skalenteilung der Kelvin-Skala lässt sich die Celsius-Skala auf eine thermodynamische Grundlage stellen, indem man den Tripelpunkt des Wassers als neuen Festpunkt mit einem Wert von 0,01 ºC einführt. Die Celsius-Skala unterscheidet sich von der Kelvin-Skala dann nur durch die Wahl des Nullpunkts, es ist T [in K] = t [in ºC] + 273,15. Temperaturdifferenzen haben in K und ºC angegeben den gleichen Zahlenwert. - Eine Temperaturskala, die ebenfalls am absoluten Nullpunkt beginnt, ist die Rankine-Skala (Grad Rankine).

 

Internationale Temperaturskalen:

 

Die Messung der thermodynamischen Temperatur (z. B. mit einem Gasthermometer) ist sehr aufwendig. Die thermodynamische Temperaturskala kann aber durch eine »praktische Temperaturskala« repräsentiert werden, die in bestimmten Temperaturbereichen mit geeigneten Messgeräten eine weitestgehende Annäherung liefert. Diese Aufgabe erfüllen die internationalen Temperaturskalen, die 1927, 1948, 1968 (»internationale praktische Temperaturskala«, Abkürzung IPTS-68) und 1990 - dem jeweiligen Stand der Messtechnik angepasst - vereinbart wurden. Die derzeit gültige internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) erstreckt sich von 0,65 bis rd. 2 200 K. Sie beruht auf 17 (die Temperaturskala abschnittweise definierenden) Festpunkten, gut reproduzierbaren thermodynamischen Gleichgewichtszuständen, denen entsprechende Temperaturwerte zugeordnet sind. Zwischen den Festpunkten werden die Temperaturen mit festgelegten Normalgeräten gemessen, die an den Festpunkten kalibriert werden (Primärthermometer). Als Normalgeräte verwendet man z. B. für sehr tiefe Temperaturen Dampfdruck- und Gasthermometer, für mittlere Temperaturen Platin-Widerstandsthermometer und für sehr hohe Temperaturen Spektralpyrometer. Bei der ITS-90 ist die Auswahl der Festpunkte ebenso wie deren Werte (mit Ausnahme des Tripelpunkts des Wassers) von denen der früheren internationalen Temperaturskalen verschieden. Mit der messtechnischen Darstellung und Weitergabe der jeweils gültigen praktischen Temperaturskala ist in Deutschland die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) betraut.

 

Mit Helium-Mischkryostaten lassen sich inzwischen Temperaturen von wenigen Millikelvin (mK) erzeugen. Auf der Sitzung des Internationalen Komitees für Maße und Gewichte (CIPM) im Oktober 2000 wurde die bestehende ITS-90 um drei Größenordnungen bis hinunter zu 0,9 mK erweitertet und die »Provisional Low Temperature Scale of 2000« (PLTS-2000) beschlossen.

 

Literatur:

 

W. Blanke: Die neue »Internat. T. von 1990«, in: Physik in unserer Zeit, Jg. 22 (1991),

 

H. 1.

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Tem|pe|ra|tur|ska|la, die (Physik): Skala zur Angabe der Temperatur u. Temperaturunterschiede.