Physikalische Größen: Zeit, Temperatur und Druck – Messinstrumente

Zeit: Definition und Messung

Zeit ist eine Zeitskala, die die Dauer eines Phänomens und einen bestimmten Zeitpunkt im Verlauf von Ereignissen charakterisiert. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei Größenordnungen wie Länge und Masse. Die Messung der Zeit ist jedoch aufgrund ihres immateriellen Charakters mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Daher wird Zeit oft mit einer Uhr, der Bewegung von Zeigern oder der Verschiebung von Schatten in Verbindung gebracht.

Temperatur: Wärme und Energie

Die Arbeiten von Mayer und Joule führten zu der Erkenntnis, dass Wärme eine Form von Energie ist, die in andere Energieformen wie mechanische oder elektrochemische Energie umgewandelt werden kann.

Wärme (Thermische Energie)

Wärme oder thermische Energie eines Körpers ist die Summe der kinetischen Energie aller Teilchen, die ihn bilden. Sie hängt von der Masse und den spezifischen Eigenschaften des Körpers ab.

Körpertemperatur

Die Körpertemperatur ist der Durchschnittswert der thermischen Energie aller Teilchen, die den Körper bilden. Im Gegensatz zur Wärme hängt die Temperatur nicht von der Masse oder den spezifischen Eigenschaften des Körpers ab.

Thermometer: Messinstrumente für die Temperatur

Thermometer sind Instrumente zur Temperaturmessung. Es gibt zahlreiche Arten, die nach dem physikalischen Prinzip klassifiziert werden können, auf dem ihre Messmethode basiert. Beispiele hierfür sind Gasthermometer, Widerstandsthermometer, Thermoelemente, Pyrometer, Schallthermometer, magnetische Thermometer oder Flüssigkeitsausdehnungsthermometer.

Flüssigkeitsausdehnungsthermometer

Flüssigkeitsausdehnungsthermometer sind die am häufigsten verwendeten Thermometer in Laboren und im Alltag. Dabei dehnt sich eine Flüssigkeit in einem Glas- oder Quarzgehäuse bei Erwärmung aus und steigt durch eine Kapillare mit konstantem Querschnitt.

Empfindlichkeit und Quecksilberthermometer

Die Empfindlichkeit des Instruments ist eine Funktion der relativen Größe des Reservoirs (oder der Birne) und der Kapillare. Unter optimalen Bedingungen können Tausendstel Kelvin gemessen werden. Quecksilberthermometer bieten erhebliche Vorteile gegenüber Thermometern mit anderen Flüssigkeiten: Quecksilber benetzt das Glas nicht und kann in sehr reiner Form bezogen werden.

Klassifizierung von Thermometern

• Nach Kapillare und Bauart: Massive oder hohle Stabthermometer
• Nach Art der Einstellung: Thermometer mit einstellbarer Schliffverbindung oder Quickfit-Verschluss

Spezialthermometer (Maximal-Minimal-Thermometer)

Spezialthermometer können neben den aktuellen Temperaturwerten auch die maximalen und minimalen Temperaturen über einen längeren Zeitraum erfassen. Ein Beispiel ist das U-förmige Glasrohr mit zwei Verdickungen an den Enden, das Alkohol anstelle von Quecksilber enthält. Bei Ausdehnung füllt der Alkohol einen Teil des Rohrs, während der andere Teil nicht gefüllt ist. Quecksilber füllt den zentralen Teil des Apparates.

Gasdruck: Definition und Messung

Gasdruck ist die Kraft, die ein Gas auf die Wände eines vollständig gefüllten Behälters ausübt.

Barometer: Instrumente zur Luftdruckmessung

Barometer sind Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks.

Quecksilberbarometer (Fortin-Barometer)

Ein Quecksilberbarometer besteht aus einem an einem Ende geschlossenen Glasrohr, das umgekehrt in ein Quecksilbergefäß gestellt wird. Die Höhe der Quecksilbersäule über dem Niveau im Gefäß zeigt den atmosphärischen Druck an und lässt an der Oberseite des Rohrs ein nahezu perfektes Vakuum entstehen. Beim Fortin-Barometer befindet sich das Rohr in einem Behälter mit einer Membran und einer Einstellschraube, um den Quecksilberstand auf eine Elfenbeinspitze im Gefäß einzustellen.

Korrektur des Barometerstands

Für die Korrektur des Barometerstands auf 0 °C müssen die Temperatur am Barometer mit einem zusätzlichen Thermometer abgelesen und die Korrekturtabellen (z.B. Anhang 1) herangezogen werden. Eine weitere Korrektur ist aufgrund der Breitengraddifferenz der Schwerkraft erforderlich (z.B. Anhang 2). Ist der Breitengrad kleiner als 45°, wird ein entsprechender Wert in Millimetern subtrahiert, der sich aus dem Breitengrad und der auf 0 °C korrigierten barometrischen Höhe ergibt. Ist der Breitengrad größer als 45°, wird der entsprechende Korrekturwert addiert.