1. Temperatur

Unter Wärme versteht man Energie, die beim Kontakt zweier Körper von den Atomen eines Körpers A auf die eines anderen übertragen wird. In der Wärmelehre geht es um die Ursache und die Wirkung einer Erwärmung.

Wenn zwischen A und B keine Wärme übertragen wird, dann heißt es, A und B seien im thermischen Gleichgewicht. Nun gilt: Ist ein Körper A mit anderen Körpern B, C, D .. im thermischen Gleichgewicht, dann sind auch B, C, D … untereinander im thermischen Gleichgewicht.

Mit dem Begriff Temperatur wird die Fähigkeit zur Wärmeabgabe beschrieben. Von einem Temperaturmaß erwartet man, dass von einem Körper mit höherer Temperatur an einen Körper mit geringerer Temperatur bei Kontakt Energie übertragen wird.
Zur Festlegung eines Temperaturmaßes wird die Tatsache genutzt, dass während der Übertragung von Wärme von einem Körper A auf einen Körper B das Volumen von A abnimmt und das von B zunimmt. Als Maß für die Temperatur eine Körpers A kann man das Volumen eines bestimmten Körpers B nehmen, welches B im thermischen Gleichgewicht mit A annimmt. Hierbei ist darauf zu achten, dass B im Vergleich zu A sehr klein ist, damit die von B aufgenommene bzw. abgegebene Energie keinen nennenswerten Einfluss auf die Temperatur von A hat. Nimmt B in Kontakt mit verschiedenen Körpern gleiches Volumen an, dann haben diese Körper gleiche Temperaturen. Ist das Volumen bei einem dieser Körper jedoch größer, dann kann dieser an alle anderen Körper Wärme abgeben, er hat eine höhere Temperatur als diese.

Zur Definition eines Temperaturmaßes nutzt man Boyles Gesetz. Es besagt: Das Produkt aus dem Volumen V eines Gases und dessen Druck p bleibt konstant, wenn das Gas dabei nicht kälter oder wärmer wird. Unter dieser Bedingung stellt sich bei doppeltem Gasdruck das halbe Volumen ein. Wird das Gas erwärmt, dann nimmt p·V zu. Man könnte das zu einer bestimmten Gasmenge gehörenden Produkt p·V als Temperaturmaß nehmen. Bei Wahl einer anderen Menge würde dann die Temperatur durch ein Produkt der Art C ·p·V ( C ist eine von der Menge abhängige Konstante) beschrieben werden. Ein solches C wird nun aber nicht durch eine Gasmenge festgelegt, sondern durch die Forderung, dass die Differenz zwischen der Temperatur T_S des siedenden Wassers bei Normaldruck (1 bar) und der Temperatur T_E des schmelzenden Eises bei Normaldruck 100 Einheiten betragen soll. Die Einheit trägt den Namen Kelvin (Abkürzung: K).

T_S - T_E = C ·p_S·V_S - C ·p_E ·V_E = C ·[ p_S·V_S - p_E ·V_E ] =100 K

C = 100 K / ( p_S·V_S - p_E ·V_E)

T = C· p·V = p·V·100K/ ( p_S·V_S - p_E ·V_E)

Hier ist erwähnenswert, dass die Temperatur unabhängig vom Messgas ist, vorausgesetzt, das Messgas erfüllt Boyles Gesetz.