Heute wird es heiß. Oder kalt. Oder ganz normal warm.

Vor ein paar Wochen habe ich geschrieben, ich müsste mal einen Beitrag über Temperatur schreiben. Tataaa, hier ist er. Temperatur und Wärme sind einfacher und gleichzeitig komplizierter als gedacht. Also werfen wir mal einen Blick drauf.

Disclaimer: Auch heute werde ich stark vereinfachen und Vergleiche verwenden, die nicht ganz treffen. Außerdem ist „Etwas“ das Thema heute zu heiß und bleibt lieber im Kühlschrank.

Wer bessere Vergleiche findet, gerne einen Kommentar dalassen.

Wenn wir von Temperatur sprechen, dann tun wir das häufig in Form von „es ist heiß“, „es ist kalt“ oder „es ist angenehm“. Präziser sind dann schon Angaben wie 5°C, -10°C oder 42°C. Aber was ist Temperatur eigentlich?

Ganz kurz gesagt: Temperatur ist das Maß der Bewegungsenergie von Atomen. Super. Kurz auf den Punkt. Und was heißt das jetzt? Alles in der Natur ist in Bewegung. Vom ganz großen wie Galaxien und Sternen bis zum allerkleinsten wie Atomen und deren Elementarteilchen. Um die Bewegung von Atomen zu benennen benutzen wir aber nicht die Temperaturskala „Celsius“, die wir im Alltag kennen, sondern die Skala „Kelvin“. Diese ist benannt nach dem schottischen Lord William Thomson Kelvin (*26.06.1824 – t 17.12.1907). Er hat sich zu Temperaturen und dem Warum einige Gedanken gemacht. Seine Temperatureinteilung kennt keine Minusgrade, sondern beginnt bei 0 K.  Das „K“ steht für „Kelvin“, so wie das „C“ für „Celsius“ steht.

Null Punkte

Schauen wir uns doch einmal einen der größten Unterschiede zwischen Kelvin und Grad Celsius an. Bei beiden Einteilungen gibt es einen Nullpunkt. Bei °C liegt dieser beim Gefrierpunkt von Wasser. Hier beginnt es eine Kristallform auszubilden und wird fest. Wenn wir den gleichen Punkt von Kelvin aus betrachtet beschreiben wollen, tun wir das mit 273K

Was? Schon so viel? Was hat Lord Kelvin dann als 0 K angenommen? Bei 0 K steht alles still. Normal bewegen sich Atome und Moleküle immer ein bisschen. Um so mehr sie sich bewegen, um so höher ist die Temperatur. Jede Person, die sich schon einmal durch eine Menschenmenge bewegt hat, hat mitbekommen, um so schneller ich da durch will, umso häufiger und heftiger stoße ich an anderen Menschen an. Des gleiche gilt dafür, wen mehr Menschen anwesend sind. Atomen geht das genauso. Die Dinger flitzen durch die Gegend und haben eine Geschwindigkeit, oder Bewegungsenergie, die ihrer Temperatur entsprechen.

Atomare Moshpit

Wer schon einmal auf einem Konzert war, hatte vielleicht schone einmal das Glück oder auch Peck, in einer Moshpit zu landen. Eine Moshpit ist ein sich ausbildender Kreis in dem eine freie Fläche ist. In dieser Fläche können sich die Menschen frei (meist schnell aufeinander zu) bewegen. Dabei kommt es häufig zu (gewollten) Zusammenstößen. Jetzt schrumpfen wir die Moshpit richtig klein. Und ersetzen die Moshpitenden durch Atome. Das Ganze sieht sehr ähnlich aus. Es gibt tatsächlich Simulationen in denen sich Menschen in einer Moshpit genauso verhalten, wie Atome in einem idealen Gas. In unserer atomaren Moshpid moshpitten sich jetzt also Atome. Jedes Mal, wenn diese zusammenstoßen passieren ganz grob zwei Dinge:

Erstens ändern die Atome ihre Richtung und zweitens verlieren sie etwas von ihrer Bewegungsenergie. Sie werden langsamer. Mit anderen Worten, die Temperatur sinkt. Die Atome werden langsamer und kühlen aus. Wenn die Atome jetzt nur oft genug zusammenstoßen bleibt keine Bewegungsenergie mehr übrig und die Atome stehen still. Das wären dann 0 Kelvin. Den Zustand der absoluten Bewegungslosigkeit hat Lord Kelvin also als seinen Nullpunkt genommen.

Das funktioniert aber nur in der Theorie. In echt kommt von außen aber immer wieder neue Bewegungsenergie nach und es gibt ein paar Naturgesetze, die absolute Bewegungslosigkeit im Allerkleinsten verbieten.

Wo ist jetzt bei den ganzen Zusammenstößen dann die ganze Energie hin? Die ist ja nicht einfach weg. Auch hier gibt es wieder Naturgesetz das besagt, dass Energie nicht erzeugt werden kann oder verlorengeht, sondern nur umgewandelt werden kann. Unsere Bewegungsenergie ist in Form von Wärmestrahlung abgegeben worden. Technisch wird das auch als Reibung beschrieben. Wer das selbst ausprobieren will, kann ja mal die Hände schnell aneinander reiben. Je nachdem wie schnell und mit wieviel Druck wir die Handflächen aneinanderreiben, wird es mal mehr oder weniger warm. Wer das Ganze mit einer Wärmebildkamera aufnimmt, würde sehen, wie die Handflächen richtig zu leuchten beginnen.

Es gibt auch eine maximale Temperatur. Auch diese ist nur Theorie und liegt bei unglaublichen 1,42×10³² °C. Wer es schafft, die Hände so schnell zu reiben um auf diese Temperatur zu kommen, bekommt zur Belohnung von der Natur schön hell glühende warme Hände geschenkt.