Grad Fahrenheit [°F] < – (2024)

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Überblick

Temperatur ist eine Messung des Größengrades von Wärme in einem Objekt oder einer Materie. Sie kann auch als durchschnittliche Menge kinetischer Energie in den Partikeln definiert werden, aus denen ein Objekt oder eine Materie bestehen. Energie wird zwischen Objekten oder Materie höherer Temperatur an Objekte oder Materie niedrigerer Temperatur übertragen, bis die Temperaturen ein thermisches Gleichgewicht erreicht haben. Dies wird Wärmeleitung genannt. Wenn Sie zum Beispiel im Winter ein Fenster öffnen, wird die Luft des Raums Wärme nach draußen leiten, bis die Temperatur im Raum die gleiche wie draußen ist. Materialien haben unterschiedliche Empfindlichkeitsstufen hinsichtlich der Wärmeübertragung bzw. Wärmeleitung. Einige Materialien sind gegenüber Wärmeleitung temperaturbeständiger als andere. Das heißt, sie übertragen Wärme nicht so gut wie andere Materialien. Materialien mit geringer Leitfähigkeit werden zur Wärmeisolierung verwendet.

Temperatur wird mit einem Thermometer gemessen. Die geringstmögliche Temperatur beträgt –273,15 °C.

Einheiten

Temperatur wird in Graden gemessen, jedoch existieren drei unterschiedliche Skalen: Celsius (die üblichste Skala), Fahrenheit (in den USA und einigen anderen Ländern verwendet) und Kelvin (in der Wissenschaft genutzt). Die Skalen Kelvin und Celsius haben für Null unterschiedliche Punkte definiert. Bei der Celsius-Skala ist es die Temperatur, bei der Wasser gefriert; bei der Kelvin-Skala ist es die geringstmögliche Temperatur, oder -273,15 °C. Die Fahrenheit-Skala unterscheidet sich nicht nur im Nullpunkt, sondern hat auch eine andere Erhöhungsformel. Um Grad Celsius nach Fahrenheit umzurechnen, kann folgende Formel verwendet werden:

°C = 5⁄9 (°F – 32).

Der Gefrierpunkt von Wasser entspricht 32 °F.

Die SI-Einheit für Temperatur ist ein Grad der Kelvin-Skala und wird Kelvin (K) genannt.

Temperatur in Physik und Chemie

Temperatur bestimmt den Zustand einer Materie wie Plasma, Gas, Flüssigkeit oder Feststoff. Moleküle innerhalb einer Materie vibrieren und Erhöhung der Temperatur erhöht die kinetische Energie (Bewegungsenergie) und Geschwindigkeiten der Moleküle. Die Moleküle vibrieren mehr und distanzieren sich voneinander und ändern den Zustand von fest über flüssig nach gasförmig. Die Distanz zwischen Molekülen und der kinetischen Energie, die sie speichern, ist am größten bei Gasen und am niedrigsten bei Feststoffen. Materialien, die ihren Zustand bei hohen Temperaturen nicht ändern, sind refraktäre bzw. hitzebeständige Materialien. Beispielsweise ändern die meisten Keramiken ihren festen Zustand nicht, selbst wenn sie sehr hohen Temperaturen bis zu 1000 °C ausgesetzt sind. Einige Materialien schmelzen und werden flüssig, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt sind, während andere wie Holz brennen. Die Temperaturspanne, bei der Materie in flüssiger Form bestehen kann, ist im Allgemeinen eher klein. Das Erwärmen von Gas führt dazu, dass sich Atome in geladene Teilchen trennen, Ionen und Elektronen. Der Prozess wird Ionisierung genannt. Teilweise oder vollständig ionisiertes Gas wird Plasma genannt. Es ist ein elektrisch neutrales System. Die meiste Materie des Universums besteht in Plasmaform.

Temperatur wirkt sich auf elektrische Leitfähigkeit aus und dient als ein Katalysator für chemische Reaktionen. Sie können beschleunigt oder verlangsamt werden, indem die Temperatur geändert wird.

Tripelpunkt von Wasser

Effektivtemperatur

Die Effektivtemperatur eines Körpers ist die Temperatur eines schwarzen Körpers, der so viel Energie pro Oberflächeneinheit abgibt, wie sie von jeder Einheit einer Oberfläche eines Körpers abstrahlt.

Ein schwarzer Körper ist ein Körper, der die gesamte Strahlung des ganzen Spektrums absorbiert, das mit seiner Oberfläche in Kontakt kommt.

Man kann diese Temperatur mithilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes berechnen. Das Gesetz besagt, dass die Strahlungsleistung von einem schwarzen Körper proportional zur vierten Potenz der Temperatur ist. Beispielsweise liegt dieser Wert für die Erde etwa bei 250 K oder –23 °C, aber gleichzeitig wissen wir, dass die Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche in der Regel bei etwa +15 °C liegt. Diese Unstimmigkeit zwischen tatsächlicher und Effektivtemperatur lässt sich erklären, wenn man die Atmosphäre der Erde berücksichtigt. Sie erzeugt einen Treibhauseffekt und verhindert, dass die Erde Wärme verliert. Daher ist 250 K die Temperatur der oberen atmosphärischen Schicht. Das heißt, die Effektivtemperatur der Erde ist die Temperatur, die vom Weltraum aus gesehen wird.

Die Kenntnis über die Effektivtemperatur eines Sterns lässt uns diesen in seine Spektralklasse einordnen. Mit anderen Worten wissen wir die Wellenlängenbandbreite der elektromagnetischen Strahlung, die er abgibt. Die Effektivtemperatur der Sonne liegt bei 6000 K und der Höchstwert für die Strahlung beträgt 470 nm, was dem grünen Spektralbereich entspricht, obwohl er für uns Gelb erscheint.

Temperatur im Universum

Wenn wir über die Temperaturen des Universums sprechen, ist die Bandbreite an Temperaturen unermesslich, von extrem niedrig zu extrem hoch.

Zum Beispiel beträgt die Effektivtemperatur der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die die Reststrahlung vom Urknall ist, lediglich 2,7 K. Dieser Wert ist sehr nah am absoluten Nullpunkt.

Andererseits kann die Temperatur von Sternen 40.000 K erreichen. Der Radius dieser Sterne ist in der Regel sehr groß, z. T. mehr als das Zehnfache des Radius der Sonne. Beispiel eines solchen Sterns ist Alnitak A, ein blauer Supergigant in der Orion-Konstellation. Sein Durchmesser beträgt das 20-Fache des Durchmessers der Sonne.

Die Temperatur im Kern eines Sterns ist noch höher, da diese extremen Temperaturen notwendig sind, damit die thermonuklearen Reaktionen stattfinden können. Beispielsweise ist eine sehr hohe Energie innerhalb des Kerns Voraussetzung für die Reaktion, bei der leichtere Elemente in schwerere verwandelt werden. Daher wird eine extrem hohe Temperatur benötigt. Die Temperatur im Kern unserer Sonne erreicht 15.000.000 K.

Temperatur in der Biologie

Temperatur wirkt sich auf die biologischen Prozesse von Lebewesen aus. Komplexe Organismen verfügen über ein Steuerungszentrum, um eine konstante Temperatur zu halten und verwenden Fluktuationen bei der Körpertemperatur als Verteidigungsmechanismus. Um beispielsweise Bakterien oder Vieren zu vernichten, erhöht der Mensch nach Infizierung die Körpertemperatur über den Grad, den der fremde Organismus tolerieren kann. Ein anderes Beispiel ist das von Nagetieren oder Bären: Sie verringern die Körpertemperatur und verlangsamen den Herzschlag und die Atmung, um Stoffwechselprozesse zu unterdrücken. Dieser Prozess wird Dormanz genannt und ist ein Überlebensmechanismus für die Jahreszeiten, wenn Nahrung nicht verfügbar oder knapp ist. Einige Beispiele für Dormanz sind der Winterschlaf und die Sommerruhe. Tiere im Winterschlaf haben sehr geringe Körpertemperaturen, sogar unter 0 °C. So kann die Bauchtemperatur eines arktischen Eichhörnchens –2,9 °C erreichen. Auch Pflanzen gehen bei kälterem Klima in einen Ruhezustand über.

Kälteschlaf oder Hypothermie

Das Einleiten der Verlangsamung des Stoffwechsels bei einem lebenden Organismus, ohne dessen Leben zu beenden, wird Kälteschlaf oder hypothermischer Zustand genannt. Es kann ein selbstverursachter Zustand sein oder von außen initiiert. Einige Tiere verbringen naturgemäß einige Phasen ihres Lebens in diesem Zustand. Lebende Organismen im Kälteschlaf oder Tiefschlaf sind auf der Schwelle zum Tod, aber Versuche an Tieren haben gezeigt, dass Tiere erfolgreich wiederbelebt werden können, ohne neurologische oder Gewebeschäden zu erleiden. Viele Forscher hoffen, dass dies auch für Menschen möglich ist. Sie hoffen, dass ein Kälteschlaf das Leben von Menschen rettet, die lebensbedrohliche Verletzungen oder Krankheiten wie Herzanschlag erleiden. Verletzte Personen erleiden möglicherweise erheblichen Blutverlust, was zu akutem Sauerstoffmangel führen kann, da Sauerstoff über das Blut zu den Organen transportiert wird, die ihn benötigen. In solchen Fällen können schwere neurologische und Gewebeschäden oder sogar der Tod die Folge von Sauerstoffmangel bei lebenswichtigen Organen wie beispielsweise dem Gehirn sein. Wenn eine verletzte Person in einem hypothermischen Zustand ist, muss der Körper nicht voll funktionstüchtig sein und der Sauerstoffbedarf ist gering. Das kann auch irreversible Schäden wie den Tod von Zellen und Gewebe verhindern, während Ärzte die notwendigen Schritte unternehmen, den Patienten zu retten. Das Herbeiführen einer therapeutischen Hypothermie kann für Extrazeit für verletzte oder kranke Patienten sorgen, um diese zu einer Versorgungseinrichtung zu transportieren oder um Notfallmaßnahmen zu ergreifen.

Lebewesen in einem hypothermischen Zustand überleben extrem niedrige Temperaturen. Es gibt Fälle, bei denen Menschen eine Unterkühlung durch eine selbstinduzierte Hypothermie überlebt haben. Menschen im hypothermischen Zustand können auch länger ohne Nahrung und Wasser als im normalen Zustand überleben. Embryos werden ebenfalls in einem solchen Zustand zu Zwecken der Fruchtbarkeitsbehandlung aufbewahrt und überleben mehr als zehn Jahre. Auch Astronauten können bei Langstreckenflügen hiervon profitieren.

Forscher führen derzeit Experimente an Tieren durch, in denen sie das Blut mit einer Salzlösung geringer Temperatur austauschen oder die Tiere in Kammern mit Chemikalien setzen, die einen hypothermischen Zustand induzieren. Diese Tiere werden dann mit statistisch bedeutenden Erfolgsraten wieder zum Leben erweckt. Seit 2008 werden Studien am Menschen durchgeführt.

Kryonik

Wissenschaftler hoffen, dass das Konservieren toter Organismen, einschließlich des Mensches, in einer Niedrigtemperaturumgebung eine spätere Behandlung und Wiederbelebung ermöglicht. Diese Konservierung wird Kryokonservierung genannt und ist ein Gebiet der Kryonik. Die aktuelle Technologie ermöglicht die Kryokonservierung von Gewebe, Körperteilen oder ganzen Körpern. In der Regel wird eine Temperatur von 77 K oder –196 °C in diesem Prozess verwendet. Es ist der Siedepunkt von flüssigem Stickstoff, der häufig verwendet wird, um komplexe Organismen einzufrieren. Diese Temperaturen sind zu niedrig, um biochemische Reaktionen zu erlauben, die einen Zelltod verursachen. Zahlreiche Komplikationen treten während des Gefrierprozesses auf, wie etwa Zellschädigung durch Eisbildung. Unter Verwendung der aktuellen Geriermethoden ist kryokonserviertes Gewebe schätzungsweise bis zu 1000 Jahre haltbar. Forscher denken, dass danach wahrscheinlich eine Schädigung der DNA auftritt, aber hoffen auf neue Technologien, die diese Schädigung rückgängig machen können.

Mehrere Kryonik-Unternehmen bieten postmortale Kryokonservierung von Haustieren und Menschen. Das Verfahren ist teuer und in der Vergangenheit gab es Probleme mit auftauenden Körpern. In einigen Fällen wird nur der Kopf konserviert, wobei Unternehmen für diesen Vorgang weniger berechnen, als bei der Konservierung eines vollständigen Körpers. Dies kann jedoch in der Zukunft ein finanzielles Problem darstellen: Wenn es die Technologie erlaubt, einen Körper wiederzubeleben, werden die Personen, bei denen lediglich der Kopf konserviert wurde, einen Gastkörper benötigen, was möglicherweise teurer ist, als das Wiederbeleben eines Körpers.

Temperatur bei der Essenszubereitung

Bei der Essenszubereitung wird häufig Wärme verwendet, um die Struktur von Nahrungskomponenten aufzubrechen oder zu verändern. Zum Beispiel führt Hitze dazu, dass das Muskelgewebe von Fleisch aufbricht und das Fleisch zarter wird. Die Kontrolle von Temperaturen bei der Nahrungszubereitung ist etwas, das nur von Menschen vorgenommen wird. Anthropologen sind sich einig, dass wir Hitze zum Kochen seit 250.000 Jahren einsetzen. Kalte Temperaturen werden ebenfalls in der Nahrungsmittelvorbereitung verwendet, zum Beispiel um Parasiten in Fisch zu töten, die roh als Sushi oder Sashimi gegessen werden. Industriegefrierer werden zu diesem Zweck eingesetzt, da ein Haushaltseisschrank nicht die gewünschten Temperaturen von etwa –37 °C erreicht.

Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von Kateryna Yuri, Tatiana Kondratieva verfasst.

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Temperaturkonverter

Temperatur ist eine physikalische Quantifizierungsskala, die beschreibt, wie schnell sich Moleküle in Materialien bewegen. Bei Flüssigkeiten und festen Stoffen vibrieren die Moleküle um einen fixen Punkt der Substanz. Bei Gase sind Moleküle frei und stoßen voneinander ab, wenn sie sich bewegen. Wenn der Weg des Wärmetransfers zwischen kalten und warmen Körpern offen ist, fließt Wärme spontan von den Körpern höherer Temperatur zu Körpern niedrigerer Temperatur. Diese Flussrate erhöht sich mit dem Temperaturunterschied. Haben zwei Körper die gleiche Temperatur, findet kein Wärmeaustausch zwischen ihnen statt. Solche Körper befinden sich in einem thermischen Gleichgewicht. Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass wenn zwei Systeme in einem thermischen Gleichgewicht mit einem dritten System stehen, sie auch in einem thermischen Gleichgewicht miteinander sind. Die Temperaturen sind für alle Systeme im thermischen Gleichgewicht gleich. Daher kann ein Thermometer die Temperatur eines Mediums messen, in das es eingetaucht wird.

Im internationalen System der Einheiten (Système International d’Unités, SI) wird die Temperatur in Kelvin gemessen. Es ist eine der sieben Basiseinheiten des Systems. Die Kelvin-Skala ist eine absolute Temperaturskala, die den absoluten Nullpunkt bei Null hat. Seit dem 20. Mai 2019 ist die SI-Einheit Kelvin über die Boltzmannkonstante k definiert. Diese wurde dazu von der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht auf den Wert 1,380649×10⁻²³ festgelegt. Die Änderung der Temperatur um ein Kelvin entspricht somit der Änderung der thermischen Energie um 1,380649×10⁻²³ J. Mit der neuen Definition ist das Kelvin, wie bei allen SI-Einheiten angestrebt, unabhängig von Materialien und Normalen definiert, hängt nun aber (über das Joule) von den (ebenfalls über Naturkonstanten definierten) Basiseinheiten Meter, Kilogramm und Sekunde ab.

Die Celsius-Skala (°C) wird für die meisten Temperaturmessungen eingesetzt. Die Skala ist genauso inkrementell wie die Kelvin-Skala, die von Wissenschaftlern genutzt wird. Der Nullpunkt wird jedoch mit 0°C = 273,15K angesetzt, in etwa der Gefrierpunkt von Wasser. Die Fahrenheit-Skala wird in den USA für allgemeine Zwecke verwendet. Bei dieser Skala gefriert Wasser bei 32 °F und siedet bei 212 °F.

Bei der Rankine-Skala (°R oder °Ra) ist Null bei absolut Null. Anders als bei der Kelvin-Skala wird der Rankine-Grad als gleich mit einem Grad Fahrenheit definiert, statt des einen Grads Celsius, den die Kelvin-Skala verwendet. Eine Temperatur von −459,67 °F entspricht genau 0 °R.

Innerhalb der Fahrenheit-Skala (°F) wird der Gefrierpunkt von Wasser bei 32 Grad festgelegt, während der Siedepunkt bei Normdruck bei 212 Grad liegt. Ein Grad auf der Fahrenheit-Skala ist 1⁄180 der Spanne zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser.

Die Réaumur-Skala (°Re, °Ré, °R) ist eine veraltete Temperaturskala, bei der die Siede- und Gefrierpunkte jeweils bei 80 und 0 Grad liegen. Die Réaumur-Skala war in Europa im 18. Jahrhundert weitverbreitet, insbesondere in Frankreich und Deutschland sowie in Russland. Bis zu den 1790ern hatte Frankreich zur Celsius-Skala und metrische System gewechselt. Heute wird die Réaumur-Skala nur noch für das Messen der Temperatur von Milch in der Käseproduktion verwendet.

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Den Umrechner für Temperaturkonverter nutzen:

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Hinweis: Ganzzahlen (Zahlen ohne Dezimalzeichen oder Exponentennotation) werden bis zu 15 Ziffern als genau erachtet. Die maximale Anzahl Ziffern nach dem Dezimalzeichen ist 10 Ziffern.

Bei diesem Umrechner wird die E-Notation verwendet, um Zahlen darzustellen, die zu klein oder zu groß sind. Die E-Notation ist ein alternatives Format der wissenschaftlichen Notation a · 10^x. Zum Beispiel: 1.103.000 = 1,103 · 10⁶ = 1,103E+6. Hier stellt E (gleich Exponent) “· 10^” dar, das heißt “multipliziert mit zehn potenziert mit”. Die E-Notation wird häufig bei Taschenrechnern und von Wissenschaftlern, Mathematikern und Ingenieuren verwendet.

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