1.3 Temperatur und Volumenänderung Der Mensch hat in der Haut temperaturempfindliche Nervenzellen, sogenannte Thermorezeptoren. Sie regen den Körper zu Maßnahmen gegen Überhitzung und Unterkühlung 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 Temperaturunterschiede besser als Temperaturwerte feststellen. Experiment: Temperaturempfindung 95.1 E2 Überprüfe deine subjektive Temperaturempfindung, indem du deine Hände in unterschiedlich warmes Wasser tauchst, z. B. die linke Hand in heißes Wasser (pass auf, dass du dich dabei nicht verbrennst!), 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 95.1 S2 Stelle zusammen, was du aus deiner Erfahrung über das Verhalten von festen Körpern, Flüssigkeiten oder Gasen bei Erwärmung bzw. Abkühlung weißt (95.1). Überlege passende Versuchsanordnungen, um die Veränderungen quantitativ zu erfassen. Messung der Temperatur Bereits Galilei erfand ein „Thermoskop“. 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 (95.2). Das Gerät wurde später zum Fiebermessen verwendet, wobei die Erkrankten die Glaskugel in den Mund nahmen. Die häufigsten Thermometer sind Berührungsthermometer. Man muss sie mit dem Körper, dessen Temperatur man bestimmen will, in Kontakt bringen, dann nehmen sie nach einiger Zeit die Temperatur des Körpers an. Ein altbekanntes Beispiel ist das Flüssigkeitsthermometer. Flüssigkeitsthermometer beruhen auf der Volumenausdehnung einer Flüssigkeit, z. B. von Alkohol oder Petroleum. Flüssigkeit in einem 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 verkauft werden. Die Celsius-Skala ist – außer in den USA und einigen englischsprachigen Ländern – die allgemein gebräuchliche Temperaturskala. Sie geht auf den schwedischen Naturforscher Anders Celsius (1701–1744) zurück. Sie ist mittels zweier Fixpunkte definiert: Der Gefrierpunkt von Wasser wird als Nullpunkt 0 °C der Celsius-Skala definiert. Dem Siedepunkt von Wasser wird die Temperatur 100 °C zugeordnet (95.3). In den USA wird im Alltag die Temperatur meist in Grad Fahrenheit (°F) angegeben. 0 °C entspricht 32 °F, 100 °C entspricht 212 °F. Im internationalen Einheitensystem SI ist die Temperatur T als Basisgröße festgelegt. Allerdings ist die Basiseinheit für die Temperatur nicht Grad Celsius, sondern Kelvin (K). Die Bezeichnung Kelvin erfolgte zu Ehren von William Thomson (1824–1907), dem späteren Lord Kelvin. Die Kelvin-Skala unterscheidet sich von der Celsius-Skala durch die Definition des Nullpunktes: Man wählt als Nullpunkt jene Temperatur, bei der keine thermische Bewegung mehr auftritt. Diese absolut tiefste Temperatur liegt bei −273,15 °C (absoluter Nullpunkt). 95.1 Gase dehnen sich durch Erwärmung aus. Beschreibe und erkläre, was du hier siehst. 95.2 Das Galilei’sche Thermoskop 95.3 Vergleich der Celsius- und Kelvinskala 0 -273 -200 -100 273 0 373 100 100 200 300 400 Siedepunkt des Wassers Gefrierpunkt des Wassers absoluter Nullpunkt T in °C T in K 95 Thermodynamik 1 Atome lieben Wärme Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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