Wärmetechnik (Grundlagen)

Einheiten der Temperatur

Die Temperatur wird hauptsächlich in

  1. Grad Celsius (1°C = der hundertste Teil der Temperaturdifferenz vom Gefrier- zum Siedepunkt von Wasser)
  2. Grad Fahrenheit
  3. oder Kelvin
gemessen.

Im Jahr 1714 baut Daniel Gabriel Fahrenheit das erste geschlossene Quecksilberthermometer. Seine Skala beginnt beim Gefrierpunkt des Wassers mit dem Wert 32. Damit wollte er Minuswerte verhindern, weil die Temperatur in sehr kalten Wintern weit unter dem Gefrierpunkt sinken kann. Für die normale Körpertemperatur des Menschen setzte er den dreifachen Wert 96 an. Im Jahr 1742 entwickelte der schwedische Astronom Anders Celsius die Skala weiter. Seine Fixpunkte sind 100 °C für den Gefrierpunkt und 0 °C für den Siedepunkt von Wasser. Erst nach seinem Tode wird die Zählrichtung geändert. 1848 entstand die Kelvin-Skala. Der britische Physiker William Thomson und spätere Lord Kelvin führte damit den absoluten Nullpunkt, also die tiefste mögliche Temperatur ein.

Umrechnung zwischen den Skalen

Die Umrechnung der Temperatur nach Fahrenheit ϑF aus der nach Celsius ϑC erfolgt nach folgender Beziehung:

                            ϑF =  5/9 * ϑC + 32

Kleiner Test gefällig?

Fahrenheit: Celsius:   Kelvin:

Messung der Temperatur

Die Temperatur kann auf folgende Arten gemessen werden:
  1. Thermometer
  2. durch Thermospannung
  3. durch veränderlichen Widerstand

Messung durch Thermospannung

Wird (= ein Thermopaar)die Kontaktstelle zweier Metalle erhitzt, entsteht dort eine (= Seebeck-Effekt)Thermospannung.

Um die Thermospannung richtig auswerten zu können, muß die Vergleichsstelle einer konstanten Temperatur ausgesetzt werden.

Gebräuchliche Thermopaare sind:
  1. Eisen-Konstantan (Fe-CuNi)
  2. NickelChrom-Nickel (NiCr-Ni)
  3. Platin-Rhodium (PtRh30-PtRh6)
Material Messbereich Thermospannung
Fe-CuNi -210 bis 1200°C -8,1 bis 69,54mV
NiCr-Ni -270 bis 1372°C -6,46 bis 54,88mV
PtRh30-PtRh6 -0 bis 1820°C -0 bis 13,81mV

Messung durch veränderlichen Widerstand

Als Messfühler wird ein temperaturabhängiger Widerstand aus Nickel (Ni) oder Platin Pt verwendet. Der Vorteil gegenüber der Messung mit Thermoelementen ist

  • ein wesentlich höheres elektrisches Signal
  • eine weitgehend lineare Kennlinie
  • eine höhere Langzeitstabilität
  • keine Vergleichstelle notwendig

ϑ
in °C
Ni 100
Grundwert | Toleranz
in Ω
Pt 100
Grundwert | Toleranz
in Ω
-200 - 18,49 | 0,24
-100 - 60,25 | 0,14
-60 69,5 | 1,0 -
0 100 | 0,2 100 | 0,06
100 161,8 | 0,8 138,5 | 0,13
160 223,2 | 1,3 -
200 - 175,84 | 0,20
400 - 247,04 | 0,33
600 - 313,59 | 0,43
800 - 375,51 | 1,28
850 - 390,26 | 1,34

Der Weg der Wärme

Wärme wird übertragen. Sie geht immer von Stellen höherer Temperatur zu Stellen niederer Temperatur.(= Ausgleich des unterschiedlichen Energieniveaus)

  • Wärmeleitung
  • Konvektion oder Strömung
  • Strahlung
  • Wärmeleitung

    Wärme wird durch den direkten Kontakt(wie bei

    • Kochplatte,
    • Tauchsieder,
    • Bügeleisen,
    • Lötkolben
    • ...
    ) übertragen.

    Konvektion

    Wärme wird durch ein Hilfsmedium (etwa

    • Wasser
    • öl
    • oder Luft
    ) übertragen. Die Konvektion kann
    1. selbständig (bei Wandkovektoren)
    2. erzwungen (bei Heizgebläsen)
    funktionieren.

    Strahlung

    Wärmestrahlen sind ein bestimmter Teil der elektromagnetischen Strahlung ( wie etwa

    • Funkwellen
    • sichtbares Licht
    • UV-Strahlen
    ) im Infra-Rot-Bereich. Sie benötigen zur übertragung kein Hilfsmedium.

    Wärmestrahlung erfolgt bei hoher Temperatur

    1. durch Quarzstrahler (Magnetron)
    2. durch die Sonne