Einstieg — Warum ein Gerät und nicht die Hand?
Das Temperaturempfinden ist subjektiv — ein Messgerät ist es nicht.
Wie man etwas misst, das man gar nicht sehen kann:
- Problem:Die Bewegung der Teilchen selbst kann niemand beobachten.
- Umweg:Man sucht eine Eigenschaft, die sich mit der Temperatur zuverlässig und gleichmäßig ändert.
- Beim Thermometer:Diese Eigenschaft ist die Ausdehnung einer Flüssigkeit.
- Fast alle Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen wieder zusammen.
Erklärung — So funktioniert ein Flüssigkeitsthermometer
Ein enges Glasröhrchen, eine gefärbte Flüssigkeit — und eine vorher festgelegte Skala.
So ist ein Flüssigkeitsthermometer aufgebaut und so arbeitet es:
- Aufbau:In einem engen, luftdicht verschlossenen Glasröhrchen steht eine gefärbte Flüssigkeit.
- Messflüssigkeit:Früher Quecksilber, heute meist gefärbter Alkohol — Quecksilber ist giftig und in Schulen verboten.
- Erwärmen:Die Flüssigkeit dehnt sich aus, die Säule steigt.
- Abkühlen:Die Flüssigkeit zieht sich zusammen, die Säule fällt.
- Enges Rohr:Schon eine winzige Volumenänderung ergibt einen gut sichtbaren Sprung in der Höhe.
Die Skala braucht zwei Fixpunkte
Eine Säulenhöhe allein sagt noch nichts: Man braucht zwei Temperaturen, die sich überall exakt wiederherstellen lassen — die Fixpunkte. Anders Celsius wählte dafür:
| Fixpunkt | Wert | Wie man ihn herstellt |
|---|---|---|
| Gefrierpunkt von Wasser | 0 °C | Gemisch aus Eis und Wasser |
| Siedepunkt von Wasser | 100 °C | kochendes Wasser bei normalem Luftdruck |
- Einteilen:Der Abstand zwischen beiden Marken wird in 100 gleich große Teile geteilt.
- Ein Grad:Jeder dieser Teile ist ein Grad Celsius (1 °C).
- Weiterführen:Die Skala läuft nach oben und unten weiter — so entstehen Werte wie 150 °C oder −40 °C.
Abgelesen wird eine Eigenschaft, die sich gleichmäßig mit der Temperatur ändert.
0 °C beim Gefrieren und 100 °C beim Sieden von Wasser legen die Skala fest.
Der Bereich dazwischen ist in 100 gleich große Schritte geteilt.
Interaktiv: Das Thermometer
Links siehst du ein Flüssigkeitsthermometer im Schnitt — die Säule steigt und fällt mit der Temperatur. Fünf Bauteile sind beschriftet; jedes hat eine eigene Aufgabe.
Achte auf die Säule bei 0 °C und bei 100 °C: Genau diese beiden Höhen wurden als Fixpunkte festgelegt, alles dazwischen wurde in 100 gleiche Schritte geteilt. Ein Thermometer misst also nicht direkt die Teilchenbewegung — es misst eine Länge und übersetzt sie über die Skala in eine Temperatur.
Hinweise — Richtig messen und richtig ablesen
An diesen Stellen scheitern im Physikraum die meisten Messungen.
Beim Messen beachten:
Warte, bis sich die Anzeige nicht mehr ändert — erst dann ist das Thermometer so warm wie der Körper.
Lies auf Augenhöhe ab: Schräg von der Seite liest man daneben, das ist der Parallaxenfehler.
Prüfe den Skalenabstand und schreibe das Vorzeichen mit: Nicht jeder Strich ist 1 °C, und −5 °C ist kälter als 0 °C.
Nicht jedes Thermometer arbeitet mit Flüssigkeit
Alle Bauarten nutzen dasselbe Prinzip: Eine temperaturabhängige Eigenschaft wird in eine Anzeige übersetzt.
- Bimetall:Zwei verschieden stark ausdehnbare Metalle sind verbunden; der Streifen krümmt sich und bewegt einen Zeiger.
- Digital:Ein Widerstand ändert mit der Temperatur seinen Wert — mehr dazu in Kapitel 4 beim NTC.
- Infrarot:Misst die Wärmestrahlung, die ein Körper aussendet — ganz ohne Berührung.