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Grundwissen

Absolute Temperatur

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Der absolute Nullpunkt der Temperatur liegt bei \(\vartheta=-273{,}15\,^\circ{\rm C}\).
  • Die Kelvin-Skala hat ihren Nullpunkt am absoluten Nullpunkt. Eine Temperatur von \(\vartheta=-273,15\,^\circ{\rm C}\) entspricht \(0\,{\rm K}\).
  • Kelvin-Temperaturen werden mit \(T\) symbolisiert und die Einheit Kelvin wird mit \({\rm K}\) abgekürzt.
  • Temperaturdifferenzen \(\Delta T\) werden in der Regel ebenfalls in \(\rm {K}\) angegeben.

Existenz einer tiefsten Temperatur

Für die Existenz einer tiefsten Temperatur, die nicht unterschritten werden kann, kannst du zwei verschiedene Erklärungen geben:

  1. Bei einem Gasthermometer wird der Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem Volumen des Gases genutzt. Dabei gilt: Je niedriger die Temperatur, desto kleiner das Volumen des Gases. Nun kann aber das Volumen des Gases nicht null oder gar negativ werden. Entsprechend muss es eine tiefste Temperatur geben, die nicht unterschritten werden kann. Diese lässt sich sogar mit dem Versuch nach Gay-Lussac experimentell bestimmen.
  2. Ein Körper besitzt eine bestimmte Innere Energie (kinetische Energie + potentielle Energie). Kühlt man den Körper nun ab, so entzieht man ihm Energie. Die Innere Energie, also die Gesamtenergie aller Atome eines Körpers, kann aber den Wert Null nicht unterschreiten. Es muss also  eine untere Grenze für die Temperatur geben. 

Kelvin-Skala als absolute Temperatur

kelvinskala_temputeilchen_gru_0.gif Joachim Herz Stiftung

Genaue Versuche und Überlegungen haben ergeben, dass die tiefste erreichbare Temperatur bei \(\vartheta=-273{,}15\,^\circ{\rm C}\) liegt.

Um negative Temperaturmarken zu vermeiden, wurde die Kelvin-Skala entwickelt.
Kelvin-Temperaturen werden auch absolute Temperaturen genannt und mit einem \(T\) symbolisiert.
Die Kelvin-Skala hat ihren Nullpunkt beim absoluten Nullpunkt. Die Einheit Kelvin wird durch \(\rm K\) abgekürzt.
Eine Temperaturänderung um \(\Delta T=1\,\rm{K}\) entspricht auf der Celsius-Skala ebenfalls einer Änderung um \(\Delta\vartheta=1\,^\circ{\rm C}\)

Nach dem oben Gesagten entspricht \(\vartheta = - 273,15^\circ {\rm C}\) der gleichen Temperatur wie \(T=0\,{\rm K}\). Weiter entsprechen \(\vartheta = 0^\circ {\rm C}\) eine absoluten Temperatur von \(T=273{,}15\,{\rm K}\)

Hinweis:
Die scheinbar einleuchtenden Erklärungen für die Existenz einer tiefsten Temperatur sind im Sinne der modernen Physik nicht ganz korrekt. Fürs Erste wollen wir uns aber damit zufrieden geben.