Genaue Temperaturbestimmung
Festlegung Ia: die ursprüngliche Celsius-Skala
Als Anders Celsius 1742 seine Temperaturskala einführte, ging es ihm vor allem darum, vergleichbare Temperaturangaben für seine Experimente zu ermitteln. Was die Temperatur aus Sicht der Thermodynamik ist und dass es einen absoluten Nullpunkt gibt, unter den die Temperatur nicht fallen kann, wusste er nicht. Nicht einmal das ideale Gasgesetz war zu seiner Zeit bekannt, wohl aber, dass es einen linearen Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem Volumen eines Stoffes gibt:
- Definition
- Veraltete Definition der Celsius-Skala: Um seine relative Temperaturskala zu erhalten, legte Celsius zwei Fixpunkte, auch Fundamentalpunkte genannt, fest: den Schmelzpunkt von reinem Eis (Zustand 1) und den Siedepunkt von reinem Wasser (Zustand 2).
- Tab. 1
- Zwei Fixpunkte zur Festlegung der Celsius-Skala1)
Zustand 1 (): Schmelzpunkt von Eis bzw. Erstarrungspunkt von Wasser Zustand 2 (): Siedepunkt von Wasser Temperatur eines Eis-Wasser-Gemisches bei Temperatur eines Wasser-Dampf-Gemisches bei - Zur Graduierung der Skala unterteilte Celsius die Temperaturdifferenz zwischen dem Siedepunkt und Schmelzpunkt bei in 100 Einheiten ().
- Nach IUPAC ist das Symbol für die Celsius-Temperatur ist . Wenn es allerdings zu Verwechslungen mit dem Symbol für die Zeit kommen kann, verwendet man das Symbol .
Aufbau, Kalibrierung und Funktionsweise eines Flüssigkeitsthermometers
Die Celsius-Temperatur lässt sich somit anhand der Volumenänderung einer konstanten Stoffmenge Quecksilbers in einem Glasröhrchen messen (Abb. 1) . Es genügt das Volumen des Quecksilbers bei der Temperatur des Schmelzpunktes von Eis zu bestimmen und das Volumen des Quecksilbers bei der Temperatur des Siedepunktes von Wasser.
Die Herleitung der Formel (in (Abb. 1) ), die für die Temperaturmessung mit einem solchen Flüssigkeitsthermometer benötigt wird, folgt aus dem linearen Zusammenhang zwischen dem Volumen und der Temperatur (Gleichung ). Für das Volumen der thermometrischen Substanz beim Schmelzpunkt von Eis gilt:
Für das Volumen beim Siedepunkt vom Wasser gilt:
ergeben sich die Konstanten und zu:
und:
Setzt man die Gleichungen und in Gleichung ein, erhält man eine vereinfachte Formel, mit der sich Temperaturen durch Quecksilber-in-Glas-Thermometer bestimmen lassen:
Durch die beiden Fixpunkte und , denen die Volumen des Quecksilbers und zugewiesen wurden, lässt sich jedem Volumen eine Temperatur zuordnen.