Temperatur. Gebräuchliche Thermometer

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1 Temperatur Wärme ist Form von mechanischer Energie Umwandlung Wärme mechanische Energie ist möglich! Thermometer Messung der absoluten Temperatur ist aufwendig Menschliche Sinnesorgane sind schlechte "Thermometer"! - Ausdehnung fester oder flüssiger Körper - Änderung des elektrischen Widerstands - Änderung der Kontaktspannung - Strahlungsleistung (Farbe) Gebräuchliche Thermometer Thermometertyp Temperaturbereich / C Meßprinzip Fehlergrenzen Flüssigkeitsthermometer Quecksilber - 38 bis thermische Ausdehnung je nach Alkohol - 0 bis + 0 der Flüssigkeit in einer Skaleneinteilung Pentangemisch - 00 bis + 30 Glas-Kapillare 0, bis C Festkörperthermometer Metallstab - 50 bis vom Metall abhängig Bimetall - 50 bis von Metallen abhängig thermische Ausdehnung von Metallen Differenz der thermischen Ausdehnung bis % des Skalenbereichs Widerstandsthermometer Metalldraht - 50 bis Temperaturabhängigkeit 0, bis C Halbleiter - 73 bis des elektr Widerstandes Thermoelemente Fe-CrNi - 70 bis Temperaturabhängigkeit 0,0 bis C Ni-CrNi - 00 bis der Thermospannung Pt-PtRh - 50 bis W-WMo - 00 bis Pyrometer bis Wärmestrahlung bis 0 C

2 Celsiusskala (74) Ausdehnung von Hg-Säule T = 0 C T = 00 C Schmelzpunkt von Wasser Siedepunkt von Wasser bei Normaldruck Fahrenheitskala T F = 0 F Schmelzpunkt von Eis-Wasser-Ammoniumchlorid-Kältemischung T F = 00 F normale Körpertemperatur 0 C 3 F 00 C F 5 TC TF F3C 9 9 T F TC C 3F 5 Temperaturmessung ist abhängig von Flüssigkeit und Glas! besser: Gasthermometer Thermische Ausdehnung L T L 0 T L T linearer Ausdehnungkoeffizient C L 0 L L0TC LTC C C hängt von der Temperatur ab, dh (T)

3 3 V TC V0 TC V0 TC V0 3 TC TC

4 Bimetallthermometer Unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizient zweier Metalle führt zu Verbiegung eines "doppelten" Streifens Gasthermometer Experiment: VT V T C 0 v C v V TC V0 V0 TC p const für He gilt: 3 v C 3,660 0 C 73,5 analog (V = const): p p T 0 p C p v Für Gasthermometer: V = const p p 0 p TC 73,5 C p0 p0

5 Absolute Temperatur pv NkT p0v0 NkT 0 mit T C p0 0 Pa V 0 T T p p0 p0 V const V T0 T0 T0 T T0 TC T0 T 73,5 C T p0 p p0 TC T0 Skalen werden so gewählt, daß gilt: T = K entspricht T C = Grad T0 73,5K T K 73,5 TC C T immer positiv! Wärmemenge und spezifische Wärme Zugeführte Energie W führt zu proportionaler Erwärmung T - Tauchsieder (elektrische Energie) W = I U t - Sonnenstrahlung (optische Energie = Licht) T abhängig von Material und Masse M W Q cmt c Q spezifische Wärme Änderung der Wärmemenge Q Definition: kcal = Wärmemenge die benötigt wird, kg H O von 4,5 C auf 5,5 C zu erwärmen = große Kalorie Messung für elektrische Energie ergibt: WÄ Q el 4,86kWs W el kcal Mechanische Arbeit + Reibung Wärme

6 Innere Energie und spezifische Molwärme idealer Gase N A = 6,0 x 0 3 Teilchen / Mol V M =,4 dm 3 Molvolumen J pvm NAkT R T R NA k 8,3 allgemeine Gaskonstante Kmol Q cm T CT M M molare Masse C spezifische Molwärme M für konstantes Volumen: innere Energie = gesamte Energie der Moleküle zb kinetische und potentielle Energie, Rotation, Schwingung Zahl der Freiheitsgrade f U fna kt frt gleichmäßige Verteilung durch Stöße U Q zugeführte Wärme CV T Q U frt CV fr spezifische Molewärme bei konstantem Volumen Freiheitsgrade pro Schwingung, da kinetische Energie + potentielle Energie oder 3 Freiheitsgrade für Rotation 3 Freiheitsgrade für Translation f ftrans frot fvib U CV feff R T V Quantisierung macht nicht alle Freiheitsgrade zugänglich

7 Spezifische Wärme bei konstantem Druck T ergibt p für p konstant V Verschiebung des Stempels um x gegen F = p A Arbeit W Fx pa x p V Q CV T pv pv RT p V V R T T pv RT Q CV R T Cp T Cp CV R f R spezifische Wärme bei konstantem Druck Adiabatenindex Cp f CV f Spezifische Wärme fester Körper Bei sinkender Temperatur werden alle Stoffe flüssig und fest (außer He) Zahl der Freiheitsgrade? f trans = f rot = 0 nur Schwingungen im "Kristall" (longitudinal und transversal) Grenzwert für T groß: Dulong-Petitsches Gesetz Cv 6 NAk 3R Schmelzwärme und Verdampfungswärme S, S V, V Erhöhung J/kg J/mol der potentiellen Energie

8 Stoff C p / kj kg - K - S / kj kg - V / kj kg - Wasser 4,8-56 Äthylalkahol, Quecksilber 0,4-85 Aluminium 0, Eisen 0, Gold 0, Kupfer 0, Eis (0 C), 33,8 -