Temperatur

Die Temperatur ist das thermische Potenzial, das den Wärmegrad eines Systems beschreibt. Folglich ordnet die absolute Temperatur jedem leitungsartigen Entropiestrom einen Energiestrom zu

[math]I_W=TI_S[/math]

Das von Sadi Carnot zur Herleitung des Carnot-Prozesses benutzte Bild eines Wärmestoffes (Calorique), der von hoher Temperatur zur tiefen fliesst, dabei bewegende Kraft (Energie) freisetzt und gleichzeitig die Temperatur der beteiligten Systeme ausgleicht (Stausee-Analogie), dürfte ziemlich alt sein. Wärme, also Entropie, fliesst von hoher zu tiefer Temperatur und setzt dabei Energie frei. Die zugehörige Prozessleistung lässt sich direkt aus der Formel des zugeordneten Energiestromes ableiten

[math]P=\Delta TI_S[/math]

empirische Temperarturskalen

Das Bedürfnis, die Temperatur eines Systems zu messen, bestand schon lange bevor der Zusammenhang zwischen Entropie und Energie bekannt war. Nach umfangreichen Untersuchungen mit der Ausdehnung verschiedener Stoffe erwies sich das auch heute noch gebräuchliche Quecksilberthermometer als am geeignetsten. Bei der Celsiusskala wird eine mit Quecksilber gefüllte Glaskugel, die oben in ein langes Röhrchen mündet, zuerst in ein Eis-Wasser-Gemisch und danach in unter Normaldruck siedendes Wasser getaucht. Weil sich Quecksilber stärker ausdehnt als Glas, liegt das Niveau der Quecksilbersäule beim Eis-Wasser-Gemisch weiter unten als beim siedenden Wasser. Markiert man das Niveau der Quecksilbersäule für diese beiden Zustände und unterteilt diesen Fundamentalabstand in 100 gleiche Teile, erhält man die Celsiusskala.

Die Celsius-Skala ist eine empirische Skala, weil ein mehr oder weniger zufällig ausgewähltes, thermisches Phänomen, die relative Volumenausdehnung von Quecksilber in Glas, als Referenz genommen wird. Doch wer garantiert, dass diese relative Volumenausdehnung proportional zur wahren Temperaturerhöhung ist? Füllt man die Glaskugel mit Toluaol statt mit Quecksilber und führt das gleiche Verfahren (Fundamentalabstand bestimmen, in hundert gleiche Abschnitte unterteilen) durch, zeigen das Quecksilber- und das Toluolthermometer nicht bei der gleichen Temperatur 50°C an. Welchem System soll man nun glauben?

Gastemperatur

Erwärmt man eine bestimmte Menge Gas von Null auf hundert Grad Celsius, steigt der Druck pro Grad um ziemlich genau 1/273 des ursprünglichen Wertes an. Ein analoges Phänomen ist zu beobachten, wenn man das Gas unter konstant gehaltenem Druck aufheizt. Dann vergrössert sich das Volumen pro Grad um 1/273 des bei 0°C gemessenen Wertes. Diese Beobachtung ist in der allgemeinen Gasgleichung enthalten. Zur Formulierung dieses Zusammenhangs benutzt man die Temperaturskala von Kelvin, welche die Celsiusskala um 273.15 Punkte anhebt (Wert in Kelvin gleich Wert in Celsius plus 273.15).