DIE. GRUNDLAGEN, MErrHODEN UND ERGEBNISSE DER TEMPERATURMESSUNG

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Richard Geisler
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1 DIE GRUNDLAGEN, MErrHODEN UND ERGEBNISSE DER TEMPERATURMESSUNG

2 DIE GRUNDLAGEN, METHODEN UND ERGEBNISSE DER TEMPERATURMESSUNG VON DR. F. HENNING P R O ~ ' end E S SMITGLIED O R DER PHYSIKALISCH-TECHNISCHEN REIGHSANSTAIH PRIVATDOZENT AN DER UNIVERSITÄT ß R R I ~ I K MIT 41 ABBILDUNGEN Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 191 5

3 Alle Rechte vorbehalteli. ISBN DOI / ISBN (ebook) Copyright, I ~ U by, Springer Fachmooicn Wiesbaden ~i c h, ",, " " " " ' b < ; } ' r i o d r. Vieweg 4 Sobu, llrauuo<bweig, tlerot.ny W16. Softco""r reprinloftbe bardco""r 18l edition 1915

4 VORWORT. Von allen quantitativen Messungen ist die Aufgabe, eine Temperatur zu bestimmen, die häufigste, da wir nur außerordentlich wenig Vorgänge kennen, die nicht von der Temperatur abhängen. Handelt es sich um Beobachtungen in der Nähe von Zimmertemperatur, so kann man schon mit billig käuflichen Thermometern eine Genauigkeit von einigen Zehntel Grad erreichen. Es ist aber auch leicht, in anderen Temperaturbereichen zu messen oder bei Zimmertemperatur höhere Genauigkeit zu erzielen, wenn man geeignete Thermometer in der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt zu Charlottenburg mit den dort vorhandenen höchst sorgfältig bestimmten Normalinstrumenten vergleichen läßt. Die Praxis kann es also im wesentlichen nur interessieren, die speziellen Methoden der Temperaturmessung und die Handhabung der Thermometer kennen zu lernen. Diesem Wunsche ist in dem vorliegenden Buche in umfangreicher Weise Rechnung getragen, jedoch nur so weit, als es sich um Messungen handelt, die gleichzeitig wissenschaftliche Bedeutung haben. Rein wissenschaftliche Fragen sind in diesem Buche überall in den Vordergrund gestellt. Die Wissenschaft kann sich aber nicht mit den Methoden der Temperaturmessung begnügen, sie muß vor allem die Grundlagen kennen lernen, auf denen diese Methoden stehen. Es mußten also gewisse theoretische Betrachtungen voraufgeschickt werden, die sich besonders auf die Gebiete der Thermodynamik und der Wärmestrahlung beziehen. Das Gasthermometer als die pr akt i s c he Grundlage aller Temperaturmessung ist ausführlich behandelt; das gleiche gilt für die Reduktion der gasthermometrischen Angaben auf die thermo-

5 VI Vorwort. dynamische Skala. Von den Gebrauchsthermometern ist das Quecksilberthermometer verhältnismäßig kurz dargestellt, da es in der Gegenwart bei gen auen Beobachtungen mehr und mehr durch das Platinwiderstandsthermometer verdrängt wird. Das letzte Kapitel ist der Erzeugung hoher und tiefer Temperaturen, sowie der Bestimmung thermometrischer Fixpunkte gewidmet. Es enthält ferner in kritischer Zusammenstellung die wesentlichsten Resultate der Temperaturmessung, die nicht allein vom Standpunkt der Wissenschaft, sondern auch vom Standpunkt der Technik von Bedeutung sind. Es sind in allen Kapiteln nur die neueren Ergebnisse der Forschung zur Darstellung gebracht; historische Betrachtungen, sowie Hinweise auf veraltete Methoden und Instrumente sind, bis auf wenige Ausnahmen, vermieden. Der Anhang enthält einige Tabellen, die bei Temperaturmessungen verschiedener Art zu erheblicher Abkürzung der Rechnung dienen können. Um eine Wiederholung von Zitaten und eine Störung des Textes durch Fußnoten zu vermeiden, sind die zitierten Abhandlungen in einem nach Autoren geordneten Literaturverzeichnis zusammengestellt. Bereits im August 1914 war die Drucklegung des Buches beendet. Sein Erscheinen wurde jedoch infolge des Krieges hinausgeschoben. Anfangs war geplant, dem Buche einen Nachtrag zu geben, in dem die während des Zeitraumes zwischen Drucklegung und Veröffentlichung des Buches erschienenen Arbeiten berücksichtigt werden sollten. Es wurde hiervon jedoch Abstand genommen, weil der Verfasser jetzt militärisch in Anspruch genommen ist und also die Ausgabe des Buches noch weiter hätte aufgeschoben werden müssen, ferner weil im Laufe des letzten Jahres, während dessen die wissenschaftliche Arbeit vielfach ruhte oder in andere Bahnen gelenkt wurde, keinerlei grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der Temperaturmessung bekannt geworden sind. Döberitz, August }'. Henning.

6 IN HALT. Erstes Kapitel. Einleitung. Seite ~ l. Definition der Temperatur.. I 2. Geschichtliches ~ 3. Internationale Temperaturskala 4 4. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik nebst einigen Folgerungen. 6 ~ 5. Der Carnotsche Kreisprozeß Die Entropie Temperaturmessung mit Hilfe der Thermodynamik Zustandsgleichung der Gase Zweites Kapitel. Gasthermometrie. 9. Gefäße und Füllungen der Gasthermometer A. Das Gasthermometer konstanten Volumens. 10. Allgemeines Die Druckmessung Thermische und elastische Ausdehnung des Gefäßes Das schädliche Volumen Der Spannungskoeffizient des Gases Einfluß der Korrektionen auf die Bestimmung der Temperatur 51 B. Das Gasthermometer konstanten Druckes. 16. Allgemeines Methode von Callendar und Chappuis Methode von D. Berthelot Beobachtungsdaten der Ausdehnungskoeffizienten. 64 C. Reduktion der gasthermometrischen Angaben auf die thermodynamische Skala. 20. Prinzipien für die Berechnung der Reduktionen innerhalb der Beobachtungsgrenzen Erweiterung des Temperaturbereiches Numerische Resultate Drittes Kapitel. Sekundäre Thermometer. A. Flüssigkeitsthermometer. ~ 23. Quecksilberthermometer Thermometer mit anderen Flüssigkeiten

7 VIII Inhalt. B. Widerstandsthermometer. 25. Das Platinthermometer Methoden zur Widerstandsmessung. 27. Konstanz der Platinthermometer Eichung der Platinthermometer oberhalb Eichung des Platinthermometers zwischen 0 und Widerstandsthermometer unterhalb Widerstandsthermometer aus Nickel und Quecksilber C. Thermoelemente. 32. Allgemeines Thermodynamik des Thermoelementes 34. Messung der Thermokraft Störungen der Thermokraft Das Element Kupfer/Konstantan Das Element Platin/Platin-Rhodium 38. Andere Thermoelemente Thermoelemente für tiefe Temperaturen D. Andere sekundäre Thermometer. 40. Sto ck sehes Thermometer Aräometer, Meldometer usw Seite!iO Viertes Kapitel. Temperatur und Strahlung des schwarzen Körpers. A. Die Grundlagen der Strahlungspyrometrie. 42. Abhängigkeit vom Gasthermometer. 43. Das Kirehhoffsche Gesetz 44. Das Stefan-Boltzmannsche Gesetz. 45. Das Wiensc,he Verschiebungsgesetz 46. Die Strahlungsgleichuugen von Wien und Planck 47. Andere Strahlungsgleichungen. 48. Der schwarze Körper B. Temperaturmessung aus der Gesamtstrahlung. 49. Thermosäule und Radiometer 50. Flächenbolometer 51. Andere Strahlungsempfänger. C. Temperaturmessung aus der Teilstrahlung. 52. Methoden. 53. Meßanordnung für ultrarote Strahlung 54. Korrektion der Beobachtungen. 55. Strahlungsmesser für lange Wellen. 56. Optische Pyrometrie. 57. Photometer von Lummer und Brodhun 58. Pyrometer von Holborn und Kurlbaum 59. Spektralpyrometer Das Pyrometer von Le Chatelier

8 inhalt. IX Seite 61. Pyrometer von Wanner Prüfung der Strahlungsgesetze und Bestimmung ihrer Konstanten 180 Fünftes Kapitel. Temperatur nicht schwarzer Strahler. 63. Die schwarze Temperatur Empirische Gesetze nicht schwarzer Strahlung Künstliche Schwärzung der Strahlung Temperatur und Absorptionsvermögen fester Körper 67. Temperaturmessung glühender Fäden Temperatur von Flammen und leuchtenden Gasen. 69. Temperatur der Sonne Sechstes Kapitel. Erzeugung konstanter Temperaturen und Fixpunkte. 70. Erzeugung hoher Temperaturen Erzeugung tiefer Temperaturen Flüssigkeits- und Luftbäder konstanter Temperatur 73. Schmelzpunkte. Allgemeines Beobachtungsmethoden der Schmelzpunkte 75. Schmelzpunkt des Eises Umwandlungspunkte Schmelzpunkte von Zinn bis Kupfer 78. Schmelzpunkte oberhalb Erstarrungspunkte unterhalb Siedepunkte. Allgemeines Beobachtungsmethoden des Siedepunktes 82. Der Siedepunkt des Wassers Her Siedepunkt des SClhwefels Siedepunkte von Naphtalin und Benzophenon 85. Siedepunkte unterhalb Anhang. Tabellen. I. Restvolumen von Quecksilbermenisken Mittlerer Ausdehnungskoeffizient IH. Reduktion der gasthermometrischen Angaben auf die thermodynamische Skala IV. Widerstandsverhältnis W = wlwo eines Platinthermometers als Funktion der Temperatur V. Thermokräfte VI. Reziproke absolute Temperatur 272 VII. ReHexionsvermögen VIII. Sättigungsdruck des Wasserdampfes 275 IX. Thermometrische Fixpunkte. 275 X. Siedetemperaturen 276 Literaturverze ichnis Register

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