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Genaue Temperaturbestimmung

Festlegung II: Kelvin-Skala und ITS-90

Für die Definition einer Temperaturskala reicht ein Fixpunkt aus, also ein genau definierter Zustand 1, dem ein geeigneter Temperaturwert T1 zugeordnet wird.1) Jede andere Temperatur T2 ist dann mit T1 und einem gemessenen Wert für A = T2 / T1 zahlenmäßig bestimmbar. Als Zustand 1 eignet sich vor allem der Tripelpunkt eines reinen Stoffes, da in ihm alle drei Zustandsvariablen p , V , T für eine gegebene Stoffmenge von Natur aus festgelegt sind. Dieser ist genauer zu realisieren als etwa ein Siedepunkt, dessen Temperatur sich mit dem Druck ändert.

Definition
Für die Kelvin-Skala wurde der Tripelpunkt von reinem Wasser als Fixpunkt festgelegt. Die Isotopen-Zusammensetzung von reinem Wasser ist vom Internationalen Komitee für Maß und Gewicht (französisch "Comité International des Poids et Mesures", kurz: CIPM) genau definiert worden,2, um Messungenauigkeiten zu minimieren.3) Der Nullpunkt der Kelvin-Skala (0K) fällt mit dem absoluten Nullpunkt zusammen, an dem jede Molekülbewegung zum Erliegen kommt und der nicht unterschritten (und nicht erreicht) werden kann. Heute ist die Nutzung der Kelvin-Skala als Internationale Temperaturskala (ITS-90) vorgeschrieben.
Tab. 1
Fixpunkt und Einteilung der Kelvin-Skala
Definition der SkalaFixpunkt
Ein Kelvin (1K) ist der 273,16-te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von reinem Wasser mit definierter Isotopenzusammensetzung T tripel,  H 2 O . Das Kelvin ist eine Basiseinheit des SI-Einheitensystems.Tripelpunkt des reinen Wassers mit definierter Isotopenzusammensetzung T tripel,  H 2 O .Mit der Kelvin-Definition folgt T1 = T tripel,  H 2 O = 273,16K
Das Symbol der Kelvin-Temperatur ist T.

Bestimmung des Schmelzpunktes von reinem Eis in Kelvin mit einem Gasthermometer

Es gilt:

T2 T1 = T vap,  H 2 O T fus,  H 2 O = 100K

und:

T2 T2 = T vap,  H 2 O T fus,  H 2 O = A T vap,  H 2 O = A T fus,  H 2 O

Setzt man Gleichung in Gleichung ein, erhält man:

A T fus,  H 2 O T fus,  H 2 O = 100K

Umformen von Gleichung ergibt schließlich:

T fus,  H 2 O = 100K A 1

Eine Messung von A = T2 / T1 für den Siedepunkt (Zustand 2) und Gefrierpunkt (Zustand 1) mit einem Gasthermometer ergibt den Wert A = 1,36610 . Setzt man diesen in Gleichung ein, ergibt sich T1 zu:

T1 = T fus,  H 2 O = 273,15K

Die Temperatur des Tripelpunktes des Wassers liegt mit 273,16K um 0,01K höher als jene des Schmelzpunktes von Eis bei p°.

1)Giauque, W. (1939): . In: Nature. 143 , 623
2)000015576mol H2 pro mol H1, 00003799mol O17 pro mol O16 und 00020052mol O18 pro mol O16
3)Bureau international des poids et mesures, .; Organisation intergouvernementale de la Convention du Mètre, . (2006): Le Système international d'unités (The International System of Units) - SI. Stedi Media , S. 23f. (Französisch), S. 113f. (Englisch)
  • Quelle
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