Das Messen von Temperaturen - Arbeitsblatt

Temperaturmessung mit einem Alkoholthermometer

Messung mit elektrischem Messfühler, Interface und GTR

1. Einführung

Temperaturen kann man mit einem Messfühler messen:

1. unter Berührung
   1. mit einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Thermometer, welches 1654 erfunden wurde
   2. mit einem elektrischen Messfühler bspw. mit einem Halbleiter-Temperatursensor
   1. mit NTC-Widerstand = Widerstand mit negative temperature coefficient: Widerstand sinkt mit steigender Temperatur, oder - seltener
   2. mit PTC-Widerstand = Widerstand mit positive temperature coefficient: Widerstand steigt mit steigender Temperatur
   3. oder mit einem Thermoelement (z.B. NiCr/Ni): erzeugt eine Thermospannung.
2. berührungslos
   1. mit einem Pyrometer: Messung der Infrarot-Strahlung, die der Körper ausstrahlt.
   2. mit einer Wärmebildkamera (werden zur Prüfung der Wärmedämmung von Häusern, von Feuerwehren, von der Polizei usw. verwendet)

Zeitabhängige Temperaturverläufe kann man auch bequem mit einem elektrischen Messfühler mit Aufzeichnung und Auswertung durch ein Interface und einen grafischen Taschenrechner oder einen Computer aufnehmen.

2. Messen der Lufttemperatur

Lass einen Messfühler mindestens 5 Minuten im Raum in Luft liegen und lege eine Uhr mit Sekundenanzeige bereit. Notiere die Temperatur.

• Gehe nun in einen kühleren Raum oder nach draußen.
• Oder: Kühle ein Thermometer im Kühlschrank und bring es dann in warme Luft.

Die erwartete Temperaturdifferenz sollte jedenfalls mindestens 10 °C betragen. Notiere nun alle 5 Sekunden die Temperaturanzeige, bis sich die Anzeige an fünf aufeinander folgenden Messungen nicht mehr ändert. Achtung: Temperatur immer im Schatten messen!

3. Messen der Wassertemperatur

Stelle zwei Bechergläser mit Wasser verschiedener Temperatur her und lege eine Uhr mit Sekundenanzeige bereit. Das eine Becherglas füllst du mit Wasser von über 20 °C. Das andere mit kaltem Wasser, indem du Eiswürfel mit Wasser aufgießt oder über Nacht ein Becherglas mit Wasser in den Kühlschrank stellst.

Nimm nun den Messfühler aus dem kalten Wasser und halte ihn in das Becherglas mit dem wärmeren Wasser und starte die Uhr. Rühre mit dem Messfühler laufend um und miss alle 5 Sekunden die Temperatur, bis sich während drei aufeinander folgenden Messungen die Temperaturanzeige nicht mehr ändert. Wiederhole die Messung und miss dieses Mal alle 2 Sekunden die Temperatur.

Erstelle ein Schaubild für den Vorgang des Erwärmens in Luft und eines für den Vorgang des Erwärmens in Wasser. Trage die Zeit, die unabhängige Variable, auf der X-Achse und die Temperatur, die abhängige Variable, auf der Y-Achse ab. Erkläre dein Ergebnis. Berücksichtige die Ergebnisse bei allen Temperaturmessungen.

Berührungslose Messung mit einem Pyrometer

4. Berührungsloses Messen der Temperatur von festen Körpern

Jeder Gegenstand emittiert Infrarot-Strahlung, deren Intensität von seiner Temperatur abhängt. Die Temperatur von festen Körpern, in die man kein Thermometer einführen kann, kann man mit einem Infrarot-Thermometer (Pyrometer) zur berührungslosen Messung von Oberflächentemperaturen messen. Die Verzögerung der Anzeige ist kurz (unter einer Sekunde).

5. Temperaturkartierung

Miss an verschiedenen Stellen im Schulgebäude und um das Schulgebäude herum die Temperatur. Überlege dir, wo vielleicht höhere und wo niedrigere Temperaturen vorkommen könnten. Miss wo es geht auch die Temperatur verschiedener Materialien wie Hauswände, Erde, Wasser usw.. Versuche die verschiedenen Temperaturen zu erklären.