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Temperaturmessung

Allgemeines:

In einem vorherigen Kapitel wurde der Unterschied zwischen Temperatur und Wärme(menge) beschrieben. Diese beiden physikalischen Größen dürfen nicht miteinander verwechselt werden. Die Temperatur "beschreibt" einen Zustand eines Körpers (=> mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Körpers).  Im alltäglichen Sprachgebrauch verbinden wir mit der Temperatur, wie heiß oder kalt ein Körper Gegenstand ist.

Da die Temperatur in Technik und Alltag eine wesentliche physikalische Größe ist, haben sich im Laufe der Zeit viele "Methoden" zur Temperaturmessung etabliert. Die im Alltag am meisten verbreitete Methode zur Messung von Temperaturen sind Thermometern. Thermometer unterscheiden sich aber nicht nur durch ihre äußerliche Form, sondern basieren auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien.


Ausdehnungsthermometer:

Viele (ältere) Thermometer, die wir aus dem Alltag kennen, sind Ausdehnungsthermometer. Ausdehnungsthermometer basieren auf dem physikalischen Prinzip, dass sich bei der Erwärmung von Flüssigkeiten oder Gase, das Volumen sich in einem bestimmten Temperaturbereich linear ausdehnt.

  • Flüssigkeitsthermometer: Flüssigkeitsthermometer basieren auf dem physikalischen Prinzip, dass sich das Volumen einer Flüssigkeit bei Erwärmung ausdehnt und bei Absenken der Temperatur verringert. Die Flüssigkeit, die in einem "skalierten" Röhrchen ist, steigt in diesem umso höher, je höher die Temperatur ist. Durch die Steighöhe der Flüssigkeit im Röhrchen kann die Temperatur an einer Skala ablesen werden.
  • Gasthermometer: basieren auf dem physikalischen Prinzip, dass sich Gase bei Temperaturerhöhung ausdehnen und bei Temperaturerniedrigung sich zusammenziehen. Die Temperatur kann anhand der Druckänderung bestimmt werden (Gesetz von Gay-Lussac)


Thermoelektrische Thermometer:
 

Bei den Thermoelektrischen Thermometer unterscheidet  man das Widerstandsthermometer (beruht auf der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands)   und  dem reinen  thermoelektrischen Thermometer  (beruht auf dem sogenannten Seebeck-Effekt).

  • Widerstandsthermometer: Basieren auf dem physikalischen Prinzip, dass der elektrische Widerstand eines Leiters (z. B. Metalldraht)  temperaturabhängig ist. Der Widerstandswert kann so in eine Temperatur bzw. Temperaturänderung "umgerechnet" werden.  In der Regel haben sich Metalle als sogenannter Messfühler durchgesetzt. Bei Metallen nimmt  der elektrische Widerstand  mit  wachsender  Temperatur  zu, während der Widerstand bei Nichtmetallen mit wachsender Temperatur abnimmt. Das Widerstandsthermometer eignet sich besonders bei der Messung hoher Temperaturen.
  • Thermoelektrische Thermometer ("Thermoelemente"): Wie eingangs erwähnt, basieren diese Thermometer auf dem Seebeck-Effekt.Beim  Seebeck-Effekt  bildet sich in einem Stromkreis mit zwei verschiedenen metallischen Leitern eine sogenannte Thermospannung, wenn hier eine Temperaturdifferenz vorliegt. Die  Thermospannung  ist  damit ein Indikator  für  die Temperaturdifferenz und kann so gemessen werden

Berührungslose Thermometer;

Bei den bisher vorgestellten Thermometer handelt es sich um sogenannte Kontaktthermometer, d.h. die Thermometer müssen den Körper berühren, um die Temperatur zu messen. Neben dieser Art von Thermometer gibt es auch die berührungslosen Thermometer. Das im Alltag bekanntestes dieser Thermometer ist das Infrarot-Thermometer.
 
Diese "Thermometer" messen die abgegebene Infrarotstrahlung eines Körpers, ohne diesen dabei zu berühren. Dabei bündelt eine Linse im Gerät die Infrarot-Strahlung auf einen Detektor, der diese "Strahlung" in ein elektrisches Signal umwandelt. Achtung: Das Infrarot-Thermometer basiert auf den Strahlungsgesetzen von Planck. Daher ist die im Alltag weit verbreitete Annahme, je wärmer ein Körper ist, umso "größer" ist die von dem Körper abgegebene Infrarotstrahlung auch nicht ganz korrekt. Denn dieses Strahlungsgesetz sagt (auch), dass mit steigender Temperatur nicht nur die Intensität der (Infrarot-)Strahlung zunimmt, sich die Wellenlänge (das Strahlungsmaximum verschiebt => Wien´sches Verschiebungsgesetz, siehe Kapitel hierzu).


Hinweise:

Ein Flüssigkeitsthermometer war früher oft mit Quecksilber gefüllt. Aufgrund der Giftigkeit von Quecksilber wurde dies durch andere Flüssigkeiten ersetzt (z.B. gefärbte Alkohole). Wasser kann hier nicht als Flüssigkeit dienen (aufgrund seines kleinen Temperaturbereiches von 1°C bis 99°C und wegen der Anomalie von Wasser. Denn Wasser dehnt sich bei gleichmäßiger Temperaturänderung nicht gleichmäßig aus)


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