Warum gibt es die Kelvinskala und welchen nutzen hat sie?
Ich gehe in die Klasse 7 eines Gymnasiums (Niedersachsen) und hatten vor kurzem im Physik Unterricht etwas zur Kelvinskala gemacht. Jedoch habe ich nicht ganz verstanden wozu man die braucht und wer sie nutzt. Danke schon mal.
4 Antworten
Die Celsiusskala hat einen Nullpunkt, der für uns Lebewesen mit unserer Abhängigkeit von flüssigem Wasser sinnvoll, aber aus physikalischer Sicht mehr oder minder willkürlich gesetzt ist. In einem Körper, der kälter als 0°C ist, ist nicht etwa "Kälte statt Wärme" vorhanden - Kälte als eigenständige physikalische Qualität gibt es nicht - sondern einfach weniger Wärme als in Wasser, in dem Eis schwimmt und mit ihm im Gleichgewicht steht. Erst 0K bedeutet wirklich keine Wärme mehr.
Modellhaft kann man sich vorstellen, die Teilchen, aus denen ein Körper besteht, seien wirklich zur Ruhe gekommen, auch wenn dies nicht ganz stimmt.
Physikalisch gesehen ist es also Unsinn, zu sagen, es sei heute doppelt so warm wie gestern, wenn es gestern 10°C hatte und heute 20°C hat.
10°C sind 283,15K, dass Doppelte davon also sind 566,3K=293,15°C.
Zum Nutzen: Will man beispielsweise das Ideale Gasgesetz benutzen, um das Volumen eines (dünnen) Gases bei einem bestimmten Druck auszurechnen, dann braucht man dafür die Temperatur in Kelvin.
Auch das plancksche Strahlungsgesetz enthält die Temperatur in Kelvin, die auch absolute Temperatur genannt wird.
Die Kelvin-Skala hat ihren Nullpunkt dort, wo auch der absolute Nullpunkt liegt. Das ist weniger willkürlich als den Nullpunkt dort hinzulegen, wo Wasser friert.
In Bezug auf Temperaturdifferenzen ist sie kompatibel mit der Celsius-Skala, d.h. 20°C Temperaturunterschied sind 20 Kelvin Temperaturunterschied.
Zunächst mal ist der Abstand zwischen zwei Strichen gleich: 1 K = 1°C
Jetzt die Unterschiede:
Die Celisusskala ist eine empirische Skala, während die Kelvinskala theoretisch sauber hergeleitet ist (aus dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik).
In der moderenen Physik geht es in Teilbereichen inzwischen um 1/1000 Grade oder noch weniger, und da ist die Celsiusskala nicht mehr genau genug, was die Festlegung des Nullpunktes betrifft. Im Alltag genügt die Aussage, bei Normaldruck friert Wasser bei 0°C und siedet bei 100°C. Nun sind diese Punkte aber sehr empfindlich gegen Druckschwankungen und Beimischungen im Wasser können auch die Punkte um Bruchteile von Grade verschieben.
Das ist bei der Kelvinskala anders. Hier ist definiert: Der Tripelpunkt des Wassers hat eine Temperatur von 271,16 K. Der Tripelpunkt des Wassers bedeutet, es liegt in einem geschlossenen Gefäß gleichzeitig Eis, Wasser und Wasserdampf vor und die befinden sich im Gleichgewicht. Das kann nur bei exakt einer Temperatur passieren, die von weiteren Einflüssen unabhängig ist. Auf der Celisusskala wären das 0,01 °C, aber nur ungefähr. Auf der Kelvinskala liegt der Tripelpunkt absolut exakt bei 273,16 K, weil es genau so definiert ist. Man hat also hier die Möglichkeit, ein Kelvinthermometer absolut exakt einzustellen, wenn es sein muss, auf ein Millionstel Grad genau. .
Dann hat die Kelvinskala den praktischen Vorteil, dass die Temperatur nie kleiner Null werden kann, also nie ein negatives Vorzeichen hat. Das erleichtert viele Rechnungen. Eine Mischung aus Minus- und Plustemperaturen führt nur unnötig zur Verwirrung. Daher heißt die Temp. nach der Kelvinskala auch absolute Temperatur.
Benutzt wird die Kelvinskala in der Physik, insbesondere in der Thermodynamik. Deshalb heißt die Temperatur nach der Kelvinskala auch thermodynamische Temperatur.