Fixpunkte und Prognosen

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Für die Celsius-Skala werden zwei Fix-Punkte angegeben, d.h. es werden zwei Temperatur-Normale (schmelzendes und siedendes Wasser) mit entsprechenden Temperaturwerten (0 und 100 °C) definiert. Diese Vorgehensweise ist praktikabel, weil sich für viele Thermometersubstanzen linear-inhomogene Funktionen einer Veränderlichen konstruieren lassen, die sich in diesem Temperaturbereich direkt proportional zueinander verhalten. Dabei stellt der linear-inhomogene Ansatz keinen Ausgleichsversuch für die Werte einer physikalisch bedeutsamen Zustandsfunktion dar, sondern lediglich eine sinnvolle Konvention.

Die Kelvin-Skala dagegen beruht nicht auf einer Konvention, sondern auf den Werten einer physikalisch bedeutsamen, allerdings unbekannten Zustandsfunktion, die einen universellen Zusammenhang zwischen Energie und Entropie herstellt. Trotzdem soll sie durch einen einzigen Fix-Punkt definiert werden können. Dieser Anspruch speist sich mehr oder weniger gerechtfertigt aus folgenden Umständen:

Die Temperaturfunktion des Idealen Gases, die in einem gewissen Zustandsbereich als Universelles Thermisches Potential auftritt, ist von linear-homogener Form und kommt deswegen mit genau einem Fixpunkt aus.
Auch eine gewisse Konformität mit der vereinbarten Celsius-Skala lässt sich mit nur einem Fixpunkt erreichen.
Die Beziehung des carnotschen Wirkungsgrades zu den thermischen Potentialen der Wärme-Reservoire, auf der die Anzeige des carnotschen Thermometers beruht, setzt diese ebenfalls in eine linear-homogene Relation, so dass auch in diesem Fall nur ein Fixpunkt anfällt, der von einem der beiden Wärme-Reservoire realisiert wird.
Durch diese Vorgehensweise erlangt die Thermodynamische Temperatur die Aura einer extensiven Größe, was die Uneinheitlichkeit des international vereinbarten Größen- und Einheitensystems verschleiert.

Diejenigen beiden Thermometer also, von denen man sich die Preisgabe des thermischen Potentials erhofft, werden jeweils mit einem einzigen Temperaturnormal arbeitsfähig gemacht. Das haben sie mit extensiven Größen gemein, deren Größenwerte sich systematisch aus einer einzigen Maßverkörperung entwickeln lassen.

Mit der Vorgabe eines einzigen Wertes ist noch keinerlei Prognose über den eigentlichen Verlauf des thermischen Potentials verbunden. Diesen Schritt hat man jedoch mit der Vereinbarung der „Internationalen Temperaturskala“ (ITS-90) vollzogen: Zahlreichen Zuständen – im wesentlichen Schmelzpunkte verschiedener Stoffe zwischen 300 und 1300 K, Tripelpunkte verschiedener Stoffe zwischen 10 und 300 K, sowie 3He-Gas und -flüssigkeit im Phasengleichgewicht am unteren Ende der Skala – werden jeweils eigene Temperaturwerte zugeordnet und gleichzeitig festgelegt, mit welchem Gerät diese zu messen und mit welchen mathematischen Verfahren diese zu interpolieren bzw. zu extrapolieren sind.

Bei dieser Vereinbarung handelt es sich um eine echte Prognose und damit um eine handfeste Spekulation über physikalische Zusammenhänge. Diese „Abstimmung mit Fixpunkten“ zeigt auf, wie wenig die Wärmelehre ihrer Verantwortung nachkommen konnte, die dringend benötigten Werte des thermischen Potentials vorherzusagen, obwohl sie seit über 150 Jahren den Anspruch erhebt, es mit der Thermodynamischen Temperatur tun zu können.