TEMPERATURBEGRIFF UND THERMOMETERARTEN

GAS- THERMOMETER

Haben sie schon einmal ihren Fahrradreifen aufgepumpt? Haben sie auch bemerkt dass die Pumpe warm wurde? Oder ist ihnen beim Nachfüllen des Feuerzeuges mit Gas aufgefallen dass dieses sehr kalt wird? Gasdruck, Gasvolumen und Gastemperatur sind voneinander abhängig. Damit kann sehr genau die Temperatur bestimmt werden. Ein Gas- Thermometer ist auch ein empirisches Thermometer. Mit einem idealen Gas wäre es absolut genau. Das ideale Gas gibt es nicht. Es ist aber nahezu unabhängig vom verwendeten Gas.

Eigenschaft

Eine wesentlich bessere Definition der Temperaturskala ergibt sich, wenn thermische Volumen oder die  Druckänderung der Gase als Grundlage genommen wird. Im Gegensatz zu den Flüssigkeiten, ändern sich das Volumen und der Druck verschiedener Gase, bei hinreichender Entfernung vom Kondensationspunkt, mit der Temperatur in gleicher Weise. Die Abweichungen verschwinden um so mehr, je niedriger der Druck ist. Beim Gasthermometer entfällt die Willkür der Wahl der Thermometersubstanz. Der Temperaturbereich reicht von etwa –272°C bis 2000°C.
Prinzip

Bei der Temperaturmessung mit Hilfe eines Gasthermometers wird von zwei empirischen (aus der Erfahrung stammenden) Gesetzen Gebrauch gemacht.
 

GAY-LUSSAC-Gesetz für Gase bei konstantem Druck:

    
   

VJ

Volumen bei der Temperatur J

  

   

V0

Volumen beim Eispunkt (0°C)

  
   

J

Temperatur in °C

  
 

AMONTONS-Gesetz für Gase bei konstantem Volumen:

    
   

pJ

Druck bei der Temperatur J

  

   

p0

Druck beim Eispunkt (0°C)

  
   

J 

Temperatur in °C

  
 

Diese Gesetze können in Zusammenhang mit der Temperaturbestimmung auch folgendermaßen ausgesprochen werden:
   

Das Volumen eines beliebigen Gases vergrößert sich bei konstantem Druck und bei der Erwärmung von 0°C (Eispunkt) auf 100°C (Siedepunkt) um 100/273,15 » 36,6% des Volumens bei 0°C.
 

 

Der Druck eines beliebigen Gases vergrößert sich bei konstantem Volumen und bei der Erwärmung von 0°C (Eispunkt) auf 100°C (Siedepunkt) um 100/273.15 » 36,6% des Druckes bei 0°C.
               
Ideales
Gas		 Es gehört zu den Eigenschaften des idealen Gases, diesen Gesetzen streng zu genügen. Mit realen Gasen, wie den Edelgasen Helium und Wasserstoff, kann durch Arbeiten bei niedrigem Druck dem Verhalten des idealen Gases beliebig nahe gekommen werden.
               
so
funktioniert
es

In einem Gefäß befindet sich eine abgeschlossene Gasmenge. Über eine Kapillare steht das Gas in Verbindung mit einem Quecksilberausgleichsrohr. Durch Heben oder Senken des Ausgleichsrohrs wird der Quecksilberstand auf die „0“-Marke gebracht. Damit ist sichergestellt dass das Gas immer das gleiche Volumen einnimmt. Um eine Temperatur zu messen wird das Gas auf diese Temperatur gebracht und das Ausgleichsrohr wieder auf „0“ reguliert. Aus der Höhendifferenz Dh kann die Temperatur berechnet werden.

Gas-
Thermo-
meter

Wird ein solches Gas-Thermometer unter Beibehaltung der Fundamentalpunkte 0°C (Eispunkt) und 100°C (Siedepunkt) verwendet, kommt man zur idealen Gas-Celsius-Skala. Das entsprechende Messgerät wird Gasthermometer genannt.

               

Die mit einem Quecksilber- und einem Gasthermometer gemessenen Temperaturen weisen so geringe Unterschiede auf, dass sie in vielen Fällen als übereinstimmend betrachtet werden können.
               
Die Wahl des idealen Gases als Thermometersubstanz ist an keinen Stoff, aber an eine Stoffgruppe (ein ideales Gas) gebunden. Bei geeigneten Arbeitsbedingungen kommt man mit den realen Gasen dem angenommenen idealen beliebig nahe. Die Messung scheint aber noch immer mit einer gewissen Willkür behaftet zu sein.