Temperatureinheiten und Umrechnung Temperatureinheiten

 Erklärung der Bilder

Die obige Grafik zeigt einen kurzen Vergleich zwischen verschiedenen Temperatureinheiten bei einigen bekannten Temperaturwerten. Natürlich kann die Raumtemperatur unterschiedlich sein und die Körpertemperatur eines Menschen beträgt nicht immer 37°C (98,6°F). Ebenfalls hängt der Wert, bei dem kochendes Wasser verdampft, vom Luftdruck ab und beträgt nicht immer exakt 100°C. Aber bei einer echten finnischen Sauna beträgt die Temperatur mindestens 100°C (212°F), wenn diese fachgerecht aufgeheizt wurde… :-)

Vor einiger Zeit habe ich einen Blog Post über Druckeinheiten verfasst und ich dachte, dass es eine gute Idee ist etwas Vergleichbares über Temperatureinheiten und deren Umrechnung zu erstellen.

Was ist Temperatur?

Temperatur ist eine intensive Größe, die den Energiezustand einer Materie angibt. Alle Materien bestehen aus Atomen und Molekülen, die sich in konstanter Bewegung befinden, vibrieren oder sich drehen. Auch wenn es sich um ein komplexes Thema handelt, bedeutet das vereinfacht ausgedrückt: je mehr sie sich bewegen desto höher die Materialtemperatur. Die Temperatur eines Gegenstands lässt sich definieren als die durchschnittliche kinetische Energie seiner Atome und Moleküle, eine Definition für Temperatur, die relativ einfach verständlich ist. Kelvin ist die Einheit der grundlegenden physikalischen Größe namens thermodynamische Temperatur (T) und seit 2019 wird Kelvin durch die Boltzmann-Konstante definiert.

Aber was ist „heiß“ und was ist „kalt“?

Das ist alles ziemlich relativ; sprich diese Begriffe ‒ heiß und kalt ‒ sind weder besonders präzise noch wissenschaftlich. Wir benötigen demzufolge etwas Spezifischeres für die Angabe der Temperatur. In den vergangenen Jahrhunderten wurden diverse unterschiedliche Temperaturskalen und -einheiten entwickelt. Und da in unterschiedlichen Regionen der Welt unterschiedliche Temperaturskalen verwendet wurden, sind
auch heute noch diverse unterschiedliche Skalen in Gebrauch. Die Spezifikationen einiger alter Temperaturskalen waren anfangs nicht besonders präzise (wie z. B. die menschliche Körpertemperatur); später wurden jedoch spezifische, akkurate Referenzpunkte und -angaben erstellt.

Für hohe Temperaturen gibt es keine wirkliche Obergrenze und es ist möglich, sehr hohe Temperaturen zu erreichen. Die Temperatur auf der Sonnenoberfläche beträgt zum Beispiel 5800 Kelvin, wohingegen die Temperatur im Inneren der Sonne bis zu 13,6 Millionen Kelvin erreichen kann.

Nach unten hin gibt es jedoch ein sehr genaues Limit und zwar den absoluten Nullpunkt, der der niedrigstmöglichen Temperatur entspricht. Der absolute Nullpunkt ist ein theoretischer Zustand, der in der Wirklichkeit praktisch nicht erreichbar ist. Theoretisch würden alle Atombewegungen fast komplett zum Stillstand kommen und es würde nur die quantenmechanische Nullpunktenergie übrig bleiben. Der absolute Nullpunkt entspricht einer Temperatur von 0 Kelvin, -273,15 °Celsius bzw. -459,67 °Fahrenheit. Im Weltall ist es ziemlich kalt und die Durchschnittstemperatur des Universums liegt unter 3 Kelvin.

Lassen Sie uns aber jetzt einen Blick auf ein paar der gängigsten Temperaturskalen und -einheiten werfen.

Internationale Temperaturskalen

Die thermodynamische Temperatur lässt sich nur sehr schwer messen und es wurden verschiedene internationale Temperaturskalen für die Messung in der Praxis veröffentlicht:

• ITS-27; Internationale Temperaturskala von 1927
  
• IPTS-48; Praktische Internationale Temperaturskala von 1948
  
• IPTS-68; Praktische Internationale Temperaturskala von 1968
  
• ITS-90; Internationale Temperaturskala von 1990
  

Darüber hinaus kamen noch weitere Skalen zum Einsatz; zum Beispiel die PLTS-2000 für die optimierte Messung von sehr niedrigen Temperaturen im Bereich von 0,9 mK bis 1 K (provisorische Niedrigtemperaturskala von 2000).

Nach einem internationalen Abkommen basiert die aktuelle ITS-90-Skala auf der zuvor erwähnten thermodynamischen Temperatur (T). Diese Skala definiert die Methoden für die Kalibrierung einer bestimmten Art von Thermometern, die darauf ausgerichtet sind, dass die Ergebnisse präzise und auf der ganzen Welt reproduzierbar sind. Außerdem nimmt man an, dass sich auch die numerischen Werte so nahe an der
tatsächlichen thermodynamischen Temperatur (T) befinden, wie zum jeweiligen Zeitpunkt möglich. Die Methoden zur Umsetzung der ITS-90-Temperaturskala umfassen Fixpunkte und Funktionen zur Interpolierung der Temperaturen zwischen den festen Werten.

Die ITS-90-Skala sieht folgende Fixpunkte vor:

Temperatureinheiten

Kelvin (K)

Kelvin ist die Grundeinheit für Temperatur im SI-System (Internationales Einheitensystem). Die Abkürzung der Einheit Kelvin ist K (ohne Grad oder Gradzeichen). Die Einheit Kelvin wurde erstmals von William Thomson (Lord Kelvin) im Jahr 1848 vorgestellt.

Die Kelvin-Skala wurde ursprünglich entwickelt, indem der Ausgangspunkt der Celsius-Skala auf den absoluten Nullpunkt verschoben wurde. Mit der Neudefinition des SI-Systems im Jahr 2019 wurde die Kelvin-Skala durch die Festlegung des Zahlenwerts der Boltzmann-Konstante auf 1.380649×10−23 J⋅K−1 definiert.

Kelvin kommt häufig in der Wissenschaft und in der Technologie zur Anwendung. Im Alltag ist diese Einheit
jedoch eher ungebräuchlich. In der ITS-90 wird die Kelvin-Temperatur mit dem Symbol T₉₀ angegeben (mit dem T als Großbuchstabe).

Celsius (°C)

Celsius ist eine von der Grundeinheit Kelvin abgeleitete Einheit für Temperatur im SI-System. Die Abkürzung von Celsius ist °C (Grad Celsius) und die Größe von einem Grad Celsius entspricht der Größe von einem Kelvin. Die Einheit sowie die aktuell gebräuchliche Celsius-Skala wurde erstmals von Andreas Celsius, einem Schweden, im Jahr 1742 vorgestellt. Die zwei Hauptreferenzpunkte der Celsius-Skala waren der Gefrierpunkt von Wasser (bzw. der Schmelzpunkt von Eis), definiert als 0 °C sowie der Siedepunkt von Wasser, der bei 100 °C festgelegt wurde.

Der Schmelzpunkt von Wasser ist eine relativ präzise Angabe (unter der Voraussetzung, dass es sich um gereinigtes Wasser handelt, das zuvor fachgerecht gerührt wurde), die Siedetemperatur von Wasser ist hingegen in der Praxis eine nicht so akkurate Temperaturangabe, da die Siedetemperatur in starkem Maße vom Luftdruck beeinflusst wird. Da Celsius eine von Kelvin abgeleitete SI-Einheit ist, ist diese auch mit der ITS-90 verknüpft und wird mit dem Symbol t₉₀ angegeben (mit kleingeschriebenem t). Laut der ITS-90 liegt
der Schmelzpunkt von Wasser knapp unter 0 °C und der Siedepunkt bei normalem Luftdruck bei circa 99,974 °C.

Die Einheit Celsius ist besser geeignet für den alltäglichen Gebrauch als Kelvin und weltweit sehr beliebt, wenn auch nicht so sehr in den USA. Ein Grad Celsius wird häufig auch einfach nur als Grad bezeichnet.

Fahrenheit (°F)

Die Abkürzung von Fahrenheit ist °F. Die Fahrenheit-Skala wurde von einem Niederländer namens Gabriel Fahrenheit im Jahr 1724 eingeführt. Die beiden Hauptreferenzpunkte dieser Skala sind der Gefrierpunkt von Wasser, festgelegt bei 32 °F, und die normale Körpertemperatur des Menschen von 96 °F.

In der Praxis ist es einfach zu erkennen, dass die Temperatur eines menschlichen Körpers keine besonders präzise Definition darstellt.

Später wurde die Fahrenheit-Skala neu definiert, wodurch heutzutage der Schmelzpunkt von Wasser bei exakt 32 °F und der Siedepunkt bei exakt 212 °F festgelegt ist. Auf der überarbeiteten Skala liegt die normale Körpertemperatur des Menschen bei circa 98 °F.

In vielen Regionen wurde Fahrenheit als Temperatureinheit durch Celsius ersetzt, dennoch ist Fahrenheit weiterhin in den USA, in der Karibik sowie in Parallelexistenz mit Celsius in Australien und Großbritannien gebräuchlich.

Rankine (°R, °Ra)

Die Abkürzung der Rankine-Skala ist °R oder °Ra. Die Rankine-Skala wurde vom Schotten William Rankine im
Jahr 1859 vorgestellt, das heißt nur wenige Jahre nach der Kelvin-Skala. Der Referenzpunkt auf der Rankine-Skala ist der absolute Nullpunkt von 0 °R, wie auch auf der Kelvin-Skala. Ein Grad Rankine hat dieselbe Größe wie ein Grad Fahrenheit, der Nullpunkt ist jedoch komplett unterschiedlich. Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 491,67 °Rankine.

Die Rankine-Skala ist nicht besonders gebräuchlich. Früher wurde sie in den USA in bestimmten Technikbereichen benuzt. Das NIST rät jedoch heutzutage vom Gebrauch von Rankine ab.

Réaumur (°Ré, °Re)

Die Réaumur-Skala wurde von Réne de Réaumur im Jahr 1730 eingeführt. Als Referenzpunkte dienen der Gefrierpunkt von Wasser bei 0 °Ré und der Siedepunkt bei 80 °Ré.

Die Réaumur-Skala wurde in manchen Teilen Europas und Russlands benutzt. Seit Ende des vergangenen Jahrhunderts ist sie jedoch praktisch nicht mehr in Gebrauch. 

Umrechnung von Temperatureinheiten

In der untenstehenden Tabelle finden Sie Berechnungsformeln für die Umrechnung von Temperaturmesswerten von einer Einheit in eine andere Einheit.

Einheitenrechner für Temperatureinheiten

Ich bin mir durchaus darüber im Klaren, dass die oben vorgestellte Umrechnungstabelle nicht zu den „benutzerfreundlichsten“ zählt...

Wir haben einen kostenlosen und einfach zu handhabenden Einheitenrechner für Temperatureinheiten auf unserer Homepage bereitgestellt, die zur Umrechnung zwischen den oben aufgeführten fünf unterschiedlichen
Temperatureinheiten dient. Wir hoffen, dass dieses Umrechnungs-Tool für Sie hilfreich ist.

Laden Sie diesen Artikel kostenlos als PDF-Datei herunter; klicken Sie dazu auf das nachstehende Bild:

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Ich hoffe, dass dieser Post für Sie hilfreich ist.

Mit freundlichen Grüßen,

Heikki

Originaler Blog Post: Temperature units and temperature unit conversion
Veröffentlich: 21.2.2018
Verfasst durch Heikki Laurila.