Wie viel Grad ist es im Vakuum?
Da Temperatur nur ein Ausdruck der bewegung von Teilchen ist, und im Vakuum ja keine teilchen sind dürfte es im Vakuum auch keine Temperatur geben. Stimmt das?
14 Antworten
Bin mir nicht sicher, bin kein Physiker, aber meine Ingenieursvorstellung wäre folgende:
In einem Vakuum gibts keine Teilchen, sehr wohl aber eine Energiedichte, weil ja Strahlung auch im Vakuum vorkommt. Diese Energiedichte definiert eine Temperatur, weil ein Thermometer ins Vakuum eingestellt im Strahlungsaustausch mit der Umgebung und damit der Strahlung steht. Das Thermometer nimmt Strahlungsenergie auf bzw. gibt Energie über die Wärmestrahlung ab, bis es im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung ist. Dann zeigt es eine Temperatur an und man braucht keine Teilchen zur Definition der Temperatur.
Im Weltraum hat die Hintergrundstrahlung eine Temperatur von 3 K, das ist die Energiedichte, die vom Urknall übrig geblieben ist. Das ist aber keine unabänderliche Eigenschaft des Vakuums, sondern das ist die Temperatur, die der Weltraum zur Zeit zufällig herrscht. Das Weltall war mal viel wärmer und wird in der Zukunft immer kälter.
Also kann man sich das Vakuum mehr oder weniger mit jeder beliebigen Temperatur vorstellen, wobei die Temperatur ein Maß für die Energiedichte von Strahlung ist.
Im Prinzip ja, ein absolutes Vakuum selbst hat keine Temperatur. Aber: es gibt noch Strahlung im Vakuum, welche z.B. die Meßapparatur erwärmt. Außerdem ist es recht schwer, ein absolutes Vakuum zu erzeugen...
Korrekt.... Du müstest sehr weit außerhalb unserer Galaxie sein, um noch weiter runter zu kommen...
Du musst Dich nur vor die Ausdehnungsfront des Universums begeben...
Die Temperatur ist eine Eigenschaft von Körpern wie z.B. Masse oder Dichte. Ohne Körper gibt es also keine Temperatur. Ein Thermometer würde sich im Weltraum unter Sonnenbestrahlung so aufheizen, dass man sich daran die Finger verbrennen würde. Bei voller Beschattung würde es eine Temperatur von 3 Kelvin (minus 270°C) annehmen aufgrund der Hintergrundstrahlung.
Temperatur ist nicht nur über die Teilchenbewegung definiert, sondern generell über die Fähigkeit, innere Energie in Form von Wärme abzugeben.
Im bestmöglichen Vakuum (im freien Weltall) gibt es zwar keine Materie, aber die kosmische Hintergrundstrahlung, die einer Wärmestrahlung eines Körpers mit etwa drei Kelvin entspricht. Ein Körper mit dieser Temperatur würde sich im Weltall nicht abkühlen, also würde keine Wärme fließen. Und wenn keine Wärme zwischen zwei Körpern fließt, haben sie die gleiche Temperatur.
Deshalb kann man sagen, das Vakuum habe eine Temperatur von ca. 3 K (etwa -270 °C).
"Temperatur ist nicht nur über die Teilchenbewegung definiert, sondern generell über die Fähigkeit, innere Energie in Form von Wärme abzugeben."
Was ist denn Wärme? Meistens versteht man darunter die kinetische Energie von sehr vielen Molekülen mit stochastischer Geschwindigkeitsverteilung. Das führt dann zu einer von der Temperatur abhängigen elektromagnetischen Abstrahlung, der man eben die entspr. Temperature zuordnet.
Wärme ist nicht die thermische/innere Energie eines Stoffes (= kin. Energie seiner Teilchen), sondern die thermische Energie, die von einem System in ein anderes übertragen wird.
Diese Übertragung kann in drei verschiedenen Formen stattfinden: Wärmeleitung, Wärmemitführung und Wärmestrahlung. Nur die ersten beiden sind im Vakuum nicht möglich.
Die kosmische Hintergrundstrahlung entstand zwar nicht durch die Bewegung von Molekülen, sondern ist ein Überbleibsel der Zeit kurz nach dem Urknall (weshalb wir sie aus jeder Richtung des Weltraums wahrnehmen).
Sie hat aber genau das für Wärmestrahlung charakteristische Schwarzkörperspektrum (welches so aussieht: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Firas_spectrum.jpg).
Deshalb ist es sinnvoll, auch diese Strahlung als Wärme aufzufassen und dem interplanetaren Vakuum die zu diesem Spektrum gehörige Temperatur von (diesmal hab ich nachgeschaut) 2,725 Kelvin zuzuordnen.
Die selbst im Vakuum allgegenwärtige Quantenfluktuation bewirkt, dass es auch dort immer ständig neu sich bewegende Teilchen gibt.
Daher kann die Temperatur des Vakuums nie den absoluten Nullpunkt erreichen.
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Ein absolutes Vakuum wäre ein Zustand, in dem nichts existiert, das auf Veränderung drängt. So ein Vakuum aber scheint nicht zu existieren.
Beste bekannte Näherung hierfür ist das Vakuum im Sinne der Physik: Ein Zustand, in dem nur noch Quantenfluktuation auf Veränderung drängt.
"recht schwer" kann man hier auch als "unmöglich" bezeichnen ;)
Die Hintergrundstrahlung sorgt im sogenannten "Vakuum" für eine Temperatur von 3°K.