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Kelvinskala

Erfahre, warum Kelvin eine wichtige Temperaturskala ist und wie sie sich von Celsius unterscheidet. Lerne die Fixpunkte der Kelvinskala kennen und entdecke, wie du zwischen Celsius und Kelvin umrechnen kannst. Interessiert? Tauche ein und erfahre mehr im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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Robert Worm
Kelvinskala
lernst du in der Primarschule 5. Klasse - 6. Klasse - Sekundarstufe 1. Klasse - 2. Klasse

Kelvinskala Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kelvinskala kannst du es wiederholen und üben.
  • Zeige die wichtigen Punkte auf der Temperaturskala.

    Tipps

    Ist der Eispunkt erreicht, gefriert Wasser zu Eis.

    Am Siedepunkt verdampft das Wasser.

    Lösung

    Um den Unterschied zwischen der Temperaturskala in Kelvin und in °Celsius zu verstehen, können wir uns der Temperaturskala aus der Grafik behelfen.

    Der absolute Nullpunkt ist das untere Ende der Skala, denn eine niedrigere Temperatur ist nicht möglich. Hier herrschen $0 K$.

    Der Eispunkt ist schon etwas näher an den Temperaturen, denen wir im Alltag begegnen. Hier herrschen $0 °C$, also die Temperatur, bei der Eis zu tauen beginnt oder Wasser gefriert.

    Gehen wir die Skala um $100 °C$ weiter nach oben, so erreichen wir den Siedepunkt, also die Temperatur, bei der Wasser verdampft.

    Sicher gibst auch du die Temperatur im Alltag in Grad Celsius an. Das ist auch sinnvoll so, denn die Werte sind häufig in einem kleinen Zahlenbereich und deshalb leicht zu handhaben.

    Doch auch die Kelvin-Skala hat eine wichtige Bedeutung. Bei Berechnungen in der Physik ist diese etwa besonders sinnvoll, da so nur mit positiven Werten gerechnet werden kann.

    Außerdem ist die Kelvin-Skala die SI-Einheit der Temperatur. Das heißt, sie ist die maßgebende Einheit der Temperatur in allen Berechnungen. So ergeben Berechnungen, in denen die Temperatur enthalten ist, weltweit die gleichen Ergebnisse.

  • Gib die richtigen Aussagen über die Temperaturskalen an.

    Tipps

    Es gibt keine kältere Temperatur als die am absoluten Nullpunkt.

    Die Celsius-Skala orientiert sich an dem Zustand des Wassers.

    Lösung

    Auf den Temperaturskalen finden wir einige charakteristische Punkte, an denen wir uns orientieren können.

    Die Kelvin-Skala beginnt mit $0 K$ oder dem absoluten Nullpunkt. Die Bezeichnung absoluter Nullpunkt ist sehr passend, da es tatsächlich keine geringere Temperatur gibt. Kälter geht es also nicht.

    Der Nullpunkt der Celsius-Skala wird mit dem Gefrierpunkt des Wassers oder dem Eispunkt festgelegt. Das bedeutet: An diesem Punkt beträgt der Betrag der Temperatur $0 °C$.

    Am Zustand des Wassers orientiert sich auch der dritte wichtige Punkt.

    Der Siedepunkt ist erreicht, wenn Wasser verdampft. Dazu muss das Wasser eine Temperatur von $100°C$ haben.

    Mit diesen drei wichtigen Eckdaten kannst du dir die Temperaturskalen sicher besser merken.

  • Bestimme die Temperaturen in Kelvin

    Tipps

    Celsius- und Kelvin-Skala sind um $273,15$ verschoben.

    $T [K] = T[C] + 273,15$

    Lösung

    Um Temperaturen von $K$ in $°C$ umzuwandeln, müssen wir die gezeigte Umrechnung berücksichtigen.

    Die Kelvin- und die Celsius-Skala sind um den Betrag von $273,15$ verschoben. Das bedeutet: Ist eine Temperatur in $°C$ gegeben, müssen wir $273,15$ dazu addieren, um die entsprechende Temperatur in $K$zu erhalten.

    Ein gutes Beispiel, um sich diesen Zusammenhang zu merken, ist der Eispunkt bei $0°C$. Wollen wir diese Temperatur nun in $K$ angeben, müssen wir $273,15$ dazu addieren und erhalten $273,15 K$ für den Eispunkt.

    Analog können wir nun weitere Temperaturen umrechnen.

    $-100°C$ können wir dann etwa zu $ (-100 + 273,15) = 173,15K $ bestimmen.

  • Rechne die Temperaturen um.

    Tipps

    $0 K$ herrschen am absoluten Nullpunkt.

    Lösung

    Um eine Temperatur von $°C$ in $K$ umzuwandeln, schauen wir uns zunächst einmal an, inwiefern sich diese beiden voneinander unterscheiden.

    Da der Nullpunkt der Kelvin-Skala um $273,15$ geringer ist, als der der Celsius-Skala, müssen wir diesen Betrag also abziehen, wenn wir von $K$ in $°C$ umwandeln wollen.

    Rechnen wir etwa $200,15 K$ um, so ergibt sich $(200,15 - 273,15) °C = - 73 °C$.

    Wenn du also eine Temperatur umrechnest, muss der Wert in $K$ immer höher sein als der in $°C$.

    Betrachten wir ein weiteres Beispiel.

    Bei $ 0K$ berechnet sich die Temperatur auf der Celsius-Skala zu $ (0 -273,15) °C = -273,15°C$.

    Am absoluten Nullpunkt herrschen also $-273,15°C$.

  • Gib die richtige Formeln zur Umrechnung zwischen Celsius- und Kelvin-Skala an.

    Tipps

    Auf der Kelvin-Skala gibt es keine negativen Temperaturen.

    Die Skalen sind um $273,15$ gegeneinander verschoben.

    Lösung

    Um Temperaturen zwischen der Kelvin- und der Celsius-Skala umzurechnen, brauchen wir eine relativ einfache Formel.

    Wir wissen ja schon, dass die Temperatur in Kelvin nicht negativ sein kann, da bei $0 K$ der absolute Nullpunkt der Temperatur vorliegt und es nicht kälter geht.

    Im Alltag geben wir Temperaturen in $°C$ an. Sprechen wir von $0°$, dann meinen wir damit immer den Eispunkt auf der Celsiusskala.

    Nun sind jedoch $0°C$ um $273,15$ wärmer als die Temperatur am absoluten Nullpunkt.

    Dieser Umstand muss in der Formel zur Umrechnung berücksichtigt werden. Wir erhalten also $T [C] = T[K] - 273,15$.

    Mit dieser Formel können wir nun die Temperatur leicht von $K$ in $°C$ umrechnen.

  • Zeige die Unterschiede zwischen Celsius und Kelvin.

    Tipps

    Die Einteilung der Celsius-Skala richtet sich nach den Aggregatzuständen des Wassers.

    Die Kelvin-Skala wurde 1848 festgelegt.

    In der Wissenschaft wird die Temperatur stets in $K$ angegeben.

    Lösung

    Vergleichen wir die Celsius- mit der Kelvinskala, so fallen einige Unterschiede auf.

    Die ältere der beiden Skalen ist die Celsiusskala. Diese wurde $1742$ von Anders Celsius festgelegt und orientiert sich an den Aggregatzuständen des Wassers. Bei $°C$ befindet sich der Eispunkt der Skala. Bei dieser Temperatur gefriert Wasser zu Eis. Die Celsius-Skala ist aus diesem Grund auch sehr praktisch für unseren Alltag, denn wir können die Temperaturen in unserer Umgebung mit einfachen Zahlenwerten angeben.

    Die Kelvin-Skala wurde einige Zeit später, im Jahre $1848$ festgelegt. Der Nullpunkt dieser Skala wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet und legt die niedrigste Temperatur fest, die überhaupt möglich ist. Von daher nehmen alle Temperaturen auf der Kelvin-Skala auch positive Werte an. Diese Tatsache macht Berechnungen mit der Kelvin-Skala relativ einfach, sodass diese in der Physik standardmäßig verwendet wird. So kommt es, dass die Kelvin-Skala als SI-Einheit der Temperatur gilt, also die für die Wissenschaft festgelegte Einheit.