Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

1.3 Temperatur und Volumenänderung Der Mensch hat in der Haut temperaturempfindliche Nervenzellen, sog. Thermo- rezeptoren . Sie regen den Körper zu Maßnahmen gegen Überhitzung und Unter- kühlung an. Die Kältemelder sind wesentlich zahlreicher als die Hitzemelder. Wie das nachfolgende einfache Experiment zeigt, können die Rezeptoren relativ gut Temperaturunterschiede registrieren. Das subjektive Temperaturempfinden hängt auch von äußeren Faktoren wie Luftfeuchtigkeit oder Wind ab. Als Thermometer sind die Rezeptoren ungeeignet. Unser Temperatursinn kann Temperaturunter- schiede besser unterscheiden als Temperaturwerte feststellen. Experiment: Temperaturempfindung 81.1 E 1 Überprüfe deine subjektive Temperaturempfindung, indem du deine Hände in unterschiedlich warmes Wasser tauchst z. B. die linke Hand in heißes Wasser, die rechte in kaltes Wasser und dann beide Hände in lauwarmes Wasser. Um Temperatur objektiv messen zu können, muss man fragen: Was passiert, wenn wir einen Körper erwärmen? Welche physikalischen Eigenschaften verändern sich dadurch und wie können wir sie messen? Untersuche, überlege, forsche: Erwärmung eines Körpers 81.1 S 2 Stelle zusammen, was du aus deiner Erfahrung über das Verhalten von festen Körpern, Flüssigkeiten oder Gasen bei Erwärmung bzw. Abkühlung weißt. Über- lege passende Versuchsanordnungen, um die Veränderungen quantitativ zu erfas- sen. Wenn man die Temperatur eines Körpers erhöht, stellt man einige Veränderungen fest: Der Aggregatzustand, die Form, auch optische und elektrische Eigenschaften können sich ändern. Ganz besonders fällt auf, dass sich Körper beim Erwärmen ausdehnen. Messung der Temperatur Die Volumenänderung ermöglicht es, Geräte zur Temperaturmessung, Thermo- meter , zu konstruieren. Bringt man den Körper, dessen Temperatur man bestim- men will, mit einem Thermometer in Kontakt, dann nimmt dieses nach einiger Zeit die Temperatur des Körpers an. Bereits G ALILEI hat ein „Thermoskop“ erfunden. Es besteht aus einer Glaskugel mit angesetzter Röhre, die mit dem unteren Ende in gefärbtes Wasser eintaucht. Die Luft in der Glaskugel dehnt sich bei Erwärmung aus und drückt die Wassersäule in der Glasröhre nach unten ( 81.2 ). Das Gerät wurde später zum Fiebermessen ver- wendet, wobei die Patienten die Glaskugel in den Mund nahmen. Das klassische Thermometer, das Flüssigkeitsthermometer , nutzt die Volumen- ausdehnung einer Flüssigkeit, z. B. von Alkohol oder Petroleum. Flüssigkeit in ei- nem kleinen Vorratsgefäß dehnt sich aus und steigt in einem engen Kapillarrohr auf. An einer Skala neben dem Kapillarrohr wird die Temperatur abgelesen. (Die früher benutzten Thermometer mit Quecksilber (giftig!) dürfen seit 2009 in der EU nicht mehr für Haushalt und Industrie, sondern nur für Forschungszwecke ver- kauft werden.) Die Celsius-Skala ist – außer in den USA und einigen englischsprachigen Län- dern – die allgemein gebräuchliche Temperaturskala. Sie geht auf den schwedi- schen Naturforscher A NDERS C ELSIUS (1701–1744) zurück. Sie ist mittels zweier Fix- punkte definiert: Der Gefrierpunkt von Wasser wird als Nullpunkt 0 °C der Celsius-Skala definiert. Dem Siedepunkt von Wasser wird die Temperatur 100 °C zugeordnet. In den USA wird im Alltag die Temperatur meist in Grad Fahrenheit (°F) ange- geben. 0 °C entspricht 32 °F , 100 °C entspricht 212 °F . 81.1 Gase dehnen sich durch Erwärmung aus. Beschreibe und erkläre, was du hier siehst. 81.2 Das Galilei´sche Thermoskop 0 -273 -200 -100 273 0 373 100 100 200 300 400 Siedepunkt des Wassers Gefrierpunkt des Wassers absoluter Nullpunkt ϑ in °C T in K 81.3 Vergleich der Celsius- und Kelvinskala 81 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv