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Genaue Temperaturbestimmung

Einführung - Thermometrische Substanzen

Diese Lerneinheit behandelt die grundsätzliche Problematik der Temperaturmessung. Die Definition der thermischen Zustandsvariablen Temperatur (0. Hauptsatz der Thermodynamik) und die Vorgehensweise für ihre Messung wird in der Lerneinheit Zustandsgrößen und Zustandsänderungen behandelt. Offen bleibt dort jedoch die Frage nach der Art der thermometrischen Substanzen, die der wesentliche Bestandteil eines Thermometers sind. Basis der Temperaturmessung ist eine physikalische Eigenschaft dieser Substanz, die sich mit der Temperatur ändert. Beispiele sind die Dichte (Quecksilber-in-Glas-Thermometer) und der elektrische Widerstand.

Abb.1
Max Planck in seinem Arbeitszimmer in der Friedrich-Wilhelms Universität Berlin, nach 1909
Archiv der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin-Dahlem

Kein Geringerer als Max Planck hat sich dieser Frage zwischen dem Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhundert ausführlich gewidmet. In seiner Monographie zur Thermodynamik1) steht:

"Die Temperaturangaben zweier verschiedener thermometrischer Substanzen stimmen, außer bei 0 und 100°C, im Allgemeinen niemals überein, weshalb in der bisherigen Definition der Temperatur noch eine große Willkür herrscht.

Dieselbe kann hier nur bis zu einem gewissen Grade beseitigt werden, nämlich durch die Benutzung der Erfahrung, dass die verschiedenen Gase, besonders die schwer kondensierbaren, wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenoxyd und alle so genannten Edelgase, als thermometrische Substanzen innerhalb eines beträchtlichen Temperaturbereichs eine fast vollkommene, für die meisten Messungen genügende Übereinstimmung in den Temperaturangaben liefern.

Ja noch mehr: Auch die absolute Größe der Ausdehnung ist bei allen diesen Gasen insofern die nämliche, als gleiche Volumina derselben sich bei gleicher Erwärmung immer um gleichviel ausdehnen, konstanten äußeren Druck vorausgesetzt. Der Betrag dieser Ausdehnung ist für eine Erwärmung von 0 auf 1°C etwa der 273. Teil des Volumens.

Da nun außerdem auch der Einfluss des äußeren Druckes auf das Volumen eines dieser Gase durch ein sehr einfaches Gesetz dargestellt wird, so ist der Schluss gestattet, dass diese Regelmäßigkeiten auf einer besonders einfachen Konstitution dieser Substanzen beruhen, und dass es daher rationell ist, die von ihnen angegebene gemeinschaftliche Temperatur als Temperatur schlechthin zu definieren. Es müssen also die Angaben aller anderen Thermometer auf das Gasthermometer reduziert werden."

Erläuterungen zu Max Plancks Äußerungen zur Temperaturbestimmung

1)Planck, M. (1922): Vorlesungen über Thermodynamik. Vereinigung Wissenschaftlicher Verleger, Walter De Gruyter & Co , 2-3
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