| Zugriffsnummer | 21068 |
| Dokumenttyp | Zeitschriftenartikel |
| Sprache | Deutsch |
| Titel | Definition der Temperatur und ihre Grenzen |
| Autor(in); Institution |
Strehlow, Peter; 7.5, Tieftemperaturthermodynamik und -technologie, PTB-Berlin
Seidel, Joachim; 7.2, Detektorradiometrie, PTB-Berlin
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| Quelle/Jahr | PTB-Mitteilungen: 117 (2007), 3, 227 - 235 |
| ISSN | 0030-834X |
| DOI | |
| Verlag | Bremerhaven: Wirtschaftsverl. NW |
| Zusammenfassung | Der Begriff der Temperatur verdankt seine Entstehung der Existenz des menschlichen Wärmesinns. Wie das Volumen durch das Auge oder der Druck durch den Tastsinn wahrgenommen werden, so ist unseren Sinnesempfindungen unmittelbar ein qualitatives Gefühl für Wärme und Kälte zugänglich, das wir beim Berühren eines Körpers empfinden. Selbst wenn unsere Empfindungen von warm und kalt mit dem tatsächlichen physikalischen Zustand des untersuchten Körpers zusammenhängen, so sind sie doch höchst subjektiv und tragen in sich auch die Merkmale des Beobachters und seines momentanen Zustandes. Dass unsere Wärmeempfindung Täuschungen unterliegen kann, wurde erst nach Erfindung des Thermometers im 17. Jahrhundert erkannt. So schrieb der venezianische Diplomat Gianfrancesco Sagredo 1615 an seinen Lehrer Galileo Galilei über seine Beobachtungen mit Luftthermometern: "Mit diesen Instrumenten konnte ich ganz klar feststellen, dass unser Brunnenwasser im Winter viel kälter ist als im Sommer, auch wenn unsere Sinne das anders beurteilen." Eine physikalisch präzise Definition und Messvorschrift der Temperatur lässt sich erst aus einer Reihe von Überlegungen ableiten, die experimentell begründet sind und mit den wichtigsten Erkenntnissen übereinstimmen, die wir über den Wärmezustand eines Körpers durch unsere Sinnesempfindungen erlangen. Auf diese Weise wird die Temperatur in der Thermodynamik axiomatisch als Zustandsgröße eingeführt, deren Definition eng mit dem Begriff des thermischen Gleichgewichts verbunden ist: Systeme, die sich miteinander im thermischen Gleichgewicht befinden, haben als gemeinsame intensive (nicht additive) Eigenschaft dieselbe Temperatur. Das Messverfahren besteht darin, ein System (Thermometer), dessen thermischer Gleichgewichtszustand eindeutig mit einer in der Mechanik oder Elektrodynamik definierten Zustandsvariablen zusammenhängt, mit dem zu messenden System in thermisches Gleichgewicht zu bringen. Als Zustandsvariable können das Volumen einer Flüssigkeit (Flüssigkeitsthermometer), der Druck eines Gases bei konstantem Volumen (Gasthermometer) oder auch andere Größen verwendet werden, die sich mit dem Wärmezustand ändern. Man nennt die über die speziellen Eigenschaften eines Thermometers weitgehend willkürlich definierte Temperatur eine empirische Temperatur. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wird es uns gestatten, dieser Willkür zu entgehen und eine absolute thermodynamische Temperatur zu definieren, so dass das Ergebnis der Temperaturmessung von der Art und Substanz des Thermometers ebenso unabhängig ist, wie die Messung von Volumen oder Druck vom Material des Maßstabes oder des Gewichtes. In der folgenden Darstellung der Thermodynamik quasistatischer Prozesse nach Carathéodory wird die Existenz von absoluter Temperatur und Entropie als Zustandsgrößen mit einem Minimum an Hypothesen mathematisch bewiesen. Ihre tiefere physikalische Begründung finden Temperatur und Entropie erst in der statistischen Mechanik. Speziell die kinetische Gastheorie ermöglicht eine statistische Interpretation der Temperatur, ihre Definition im Nichtgleichgewicht und die Angabe der Grenzen ihrer Existenz. Ziel diese Beitrages ist, eine möglichst umfassende Antwort auf die Frage "Was ist Temperatur?" zu geben und beim Leser zumindest das Gefühl zu hinterlassen, das Einstein in einem Brief an Carathéodory über dessen axiomatische Begründung der Thermodynamik mit den Worten ausdrückte : "Lieber Herr Kollege! Ihre Ableitung finde ich wundervoll. Nun verstehe ich alles!" |
