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Thermometer

Thermometer

Zur Temperaturmessung werden verschiedene Instrumente verwendet.

Physik

Schlagwörter

Thermometer, Temperatur, Temperaturveränderung, Wärmeausdehnungs, Celsius, Fahrenheit, Infrarot, Infrarotstrahlung, Wärmestrahlung, Gasdruckthermometer, Metallthermometer, Bimetall, Thermostat, elektrischer Strom, Widerstand, Spannung, Thermodynamik, physische Eigenschaft, Volumen, Wärmeausdehnung, Gas, Elektrizität, Physik

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3D-Modelle

Thermometerarten

  • Infrarot-Thermometer
  • Thermometer basierend auf Wärmeausdehnung
  • Flüssigkeitsthermometer
  • Bimetallthermometer
  • Gasdruckthermometer
  • Elektrothermometer

Thermometer messen nicht unmittelbar die Temperatur, sondern bestimmte Eigenschaften von Stoffen, die von der Temperatur abhängig sind.

Es gibt drei Grundtypen von Thermometern.

Ein Typ basiert auf der thermischen Ausdehnung von Stoffen, d. h. dass eine Temperaturerhöhung zu einer Volumenzunahme des Materials führt. Aus der Menge der Volumenänderung können wir die Temperaturänderung berechnen.

Der zweite Typ basiert auf der Temperaturabhängigkeit elektrischer Eigenschaften von Materialien. Diese werden als elektrische Thermometer bezeichnet.

Die Funktionsweise der Infrarot-Thermometer basiert darauf, dass warme Körper Infrarotstrahlung abgeben, deren Zusammensetzung temperaturabhängig ist. Mit dieser Methode kann die Temperatur kontaktlos sogar aus einiger Entfernung gemessen werden.

Bimetallthermometer

Mit steigender Temperatur bewegen sich die Teilchen der Substanz schneller und nehmen dadurch einen größeren Raum ein. Mit anderen Worten nimmt das Volumen der Substanz zu. Die einzige Ausnahme ist Wasser, das zwischen 0 und 4 Grad Celsius entgegengesetzt reagiert, aber es gilt für alle anderen Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe.

Thermometer, die auf dem Prinzip der thermischen Ausdehnung basieren, nutzen dieses Phänomen.

Bei Flüssigkeitsthermometern muss eine Flüssigkeit gewählt werden, die bei Messungen in weiten Temperaturbereichen weder gefriert noch kocht. Es ist also meist Alkohol oder Quecksilber, das für diesen Zweck ausgewählt wird. Allerdings ist die Verwendung von Quecksilber in vielen Ländern nicht mehr erlaubt, da der freigesetzte Quecksilberdampf beim Bruch des Thermometers gesundheitsgefährdend ist.

Gasthermometer werden wegen des niedrigen Gefrierpunktes von Gasen vor allem zur Messung niedriger Temperaturen eingesetzt.

Metallthermometer sind weniger geeignet, um genaue Messungen durchzuführen, aber da die thermische Ausdehnung eine starke Spannung im Festkörper erzeugt, können sie zur Betätigung von Schaltern verwendet werden.

Solche Thermometer sind Bimetallthermometer, die durch Verschweißen von zwei verschiedenen Metallstreifen hergestellt werden. Wenn sich die Temperatur ändert, verbiegen sich die Metallbänder, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, und bewirken, dass elektrische Schalter ein- und ausgeschaltet werden. Diese Art von Thermometern wird für die Bedienung von Treppenlichtschaltern, die Temperaturregelung von elektrischen Bügeleisen und die Thermostate zur Regelung der Temperatur des Motorkühlmittels in Autos verwendet.

Gasdruckthermometer

Flüssigkeitsthermometer

Elektrothermometer

Elektrische Thermometer sind auch für genaue Messungen geeignet und beeinflussen die Temperatur des zu messenden Materials nur geringfügig, da sie klein sind.

Es gibt drei verschiedene Typen von elektrischen Thermometern: Widerstandsthermometer, Thermistoren und Thermoelemente.

Widerstandsthermometer basieren auf der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes von Metallen: er steigt in der Regel mit zunehmender Temperatur an. Da der Widerstand sehr genau gemessen werden kann, kann auch die Temperatur sehr genau bestimmt werden.

Thermistoren unterscheiden sich von metallischen Widerstandsthermometern dadurch, dass sie aus einem halbleitenden Material bestehen. Deshalb sind sie wesentlich temperaturempfindlicher.

Thermoelemente werden durch Verschweißen oder Verdrillen zweier verschiedener Metalldrähte hergestellt. Wo sich die Oberflächen der beiden Metalle berühren, wird Spannung erzeugt, weil die Energieniveaus der Valenzelektronen in ungleichen Metallen unterschiedlich sind, sodass einige der höheren Energieniveaus auf das andere Metall übergehen, bis die Energie ausgeglichen ist. Die so erzeugte Spannung ist temperaturabhängig, so dass durch Messung der Spannung auch die Temperatur bestimmt werden kann. Thermoelemente messen über einen größeren Temperaturbereich als Thermistoren.

Infrarot- Thermometer

Pyrometer und Infrarot-Thermometer können die Temperatur aus der Ferne messen.

Diese Thermometer können zur Messung der Temperatur schwer zugänglicher oder für andere Thermometertypen (z.B. Metallschmelzen) zu heißer Objekte verwendet werden. Sie sind auch nützlich bei der Suche nach Wärmeverlustquellen in Gebäuden.

Grundlage der berührungslosen Temperaturmessung ist, dass Objekte elektromagnetische Strahlung abgeben, deren Intensität und Zusammensetzung temperaturabhängig ist. Der größte Teil dieser Strahlung fällt in das unsichtbare Infrarot-Segment des elektromagnetischen Spektrums, aber Glühkörper, die heißer als 600 °C sind, emittieren auch sichtbares Licht.

Berührungslose Thermometer bestehen aus einem optischen System, einem Detektor und einer Signalverarbeitungseinheit. Sie sind oft mit einem Laserpointer ausgestattet, der genau den Bereich der zu messenden Objektoberfläche anzeigt.

Einige berührungslose Thermometer messen die Intensität der einfallenden Strahlung, aus der wir die Temperatur des Objekts ableiten können, wenn wir seinen Abstand zum Thermometer kennen. Das Messobjekt muss das Sichtfeld der Linse des Messgerätes ausfüllen, ansonsten zeigt es eine niedrigere Temperatur an.

Andere berührungslose Thermometer messen nicht die Intensität der Strahlung, sondern die nur für die Temperatur charakteristische Wellenlängenzusammensetzung, wobei die Intensität auch von der Größe der Oberfläche und dem Abstand zum Messgerät abhängt. Je wärmer das Objekt, desto geringer die Wellenlänge der stärksten Strahlung. Da die Farbe des Objektes die emittierte Strahlung verfälscht und auch andere Faktoren, z. B. staubige Luft, stören können, ist diese Messmethode nicht immer genau.

Narration

Thermometer messen die Temperatur nicht direkt, sondern messen bestimmte Eigenschaften von temperaturabhängigen Stoffen. Es gibt drei Grundtypen von Thermometern: berührungslose Thermometer, Thermometer, die auf dem Prinzip der thermischen Ausdehnung basieren, und elektrische Thermometer.

Mit steigender Temperatur bewegen sich die Teilchen von Stoffen schneller und nehmen dadurch einen größeren Raum ein. Mit anderen Worten: das Volumen der Stoffe nimmt zu.
Thermometer, die auf dem Prinzip der thermischen Ausdehnung basieren, nutzen dieses Phänomen.

Bei Flüssigkeitsthermometern muss eine Flüssigkeit gewählt werden, die bei Messungen in breiten Temperaturbereichen weder friert noch siedet. Daher wird hauptsächlich Alkohol für diesen Zweck verwendet.

Auch das Volumen von Gasen ist temperaturabhängig, sodass sie sich zur Temperaturmessung eignen. Gasthermometer können aufgrund des niedrigen Gefrierpunktes von Gasen zur Messung extrem niedriger Temperaturen eingesetzt werden.

Metallthermometer sind weniger geeignet, um genaue Messungen durchzuführen, aber da die thermische Ausdehnung eine starke Spannung im Festkörper erzeugt, können sie zur Betätigung von Schaltern verwendet werden. Derartige Thermometer sind Bimetallthermometer, die aus zwei verschiedenen Metallstreifen hergestellt werden. Wenn sich die Temperatur verändert, verbiegen sich die Metallbänder, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, und bewirken, dass elektrische Schalter ein- und ausgeschaltet werden.

Elektrische Thermometer sind auch für genaue Messungen geeignet und beeinflussen die Temperatur des zu messenden Materials nur geringfügig, da sie klein sind. Es gibt drei verschiedene Typen von elektrischen Thermometern: Widerstandsthermometer, Thermistoren und Thermoelemente.

Widerstandsthermometer basieren auf der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes von Metallen: er steigt in der Regel mit zunehmender Temperatur an. Da der Widerstand sehr genau gemessen werden kann, kann auch die Temperatur sehr genau bestimmt werden.

Pyrometer und Infrarot-Thermometer können die Temperatur aus der Ferne messen.
Diese Thermometer eignen sich zur Messung der Temperatur schwer zugänglicher oder für andere Thermometertypen zu heißer Objekte. Sie sind auch nützlich bei der Suche nach Wärmeverlustquellen in Gebäuden.
Grundlage der berührungslosen Temperaturmessung ist, dass Objekte elektromagnetische Strahlung abgeben, deren Intensität und Zusammensetzung temperaturabhängig ist. Der größte Teil dieser Strahlung fällt in das unsichtbare Infrarot-Segment des elektromagnetischen Spektrums.

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