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Grad Celsius

Maßeinheit der Temperatur
Physikalische Einheit
Einheitenname Grad Celsius

Einheitenzeichen
Physikalische Größe(n) Temperatur
Formelzeichen
Dimension
System Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten
Benannt nach Anders Celsius
Abgeleitet von Kelvin

Das[1] Grad Celsius ist eine Maßeinheit der Temperatur, welche nach Anders Celsius benannt wurde.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Die Celsius-Temperatur   ist über die Absolute Temperatur (thermodynamischen Temperatur)   mit der Einheit Kelvin (K) wie folgt definiert:  . Das heißt, die Zahlenwerte bei Verwendung der Einheiten Grad Celsius und Kelvin unterscheiden sich um den konstanten Wert 273,15. Zum Beispiel bezeichnen 293,15 K und 20 °C dieselbe Temperatur, und der absolute Nullpunkt bei 0 K entspricht −273,15 °C.

Durch diese Definition der Celsius-Skala liegen der Schmelz- und der Siedepunkt von Wasser sehr nahe bei 0 °C und 100 °C (bei 0,002519 °C und 99,9839 °C (99,9743 °C nach ITS-90)).[2]

Als Formelzeichen für die Celsius-Temperatur ist nach SI das kleine t normgerecht,[3] alternativ ist auch das   (theta, zur Unterscheidung auch  ) üblich. Die Verwendung des großen T ist falsch, da T der absoluten Temperatur in Kelvin vorbehalten ist.

Geschichte

Die Celsius-Skala geht auf den schwedischen Astronomen Anders Celsius zurück, der 1742[4][5] eine hundertteilige Temperaturskala vorstellte. Als Fixpunkte nutzte er, wie die 1730 vorgestellte Réaumur-Skala, die Temperaturen von Gefrier- und Siedepunkt des Wassers bei Normaldruck, das heißt einem Luftdruck von 1013,25 Hektopascal oder 760 Millimeter Quecksilbersäule.[6] Der Bereich zwischen diesen Fixpunkten, gemessen mit einem Quecksilberthermometer, ist in 100 gleich lange Abschnitte eingeteilt, die als Grad bezeichnet sind. Dies führte zu der historischen Bezeichnung des „hundertteiligen Thermometers“. Anders als bei der modernen Celsius-Skala ordnete Celsius jedoch dem Siedepunkt von Wasser den Wert 0° und dem Gefrierpunkt den Wert 100° zu.[6] Somit nahm der Temperaturwert eines Körpers beim Erwärmen ab.

Die moderne Celsius-Skala, bei der dem Siedepunkt von Wasser der Wert 100° und dem Gefrierpunkt der Wert 0° zugeordnet wird, wurde durch Carl von Linné, einen Freund Celsius’, kurz nach dessen Tod im Jahr 1744 eingeführt.[6][5][7]

1948, ca. 200 Jahre nach der Einführung der Skala, wurde zu Ehren Celsius’ der Skalenabstand bei einem Celsius-Thermometer von einem Zentigrad bzw. Zentesimalgrad durch die 9. internationale Generalkonferenz für Maß und Gewicht offiziell in die Temperatureinheit Grad Celsius umbenannt.

1954 wurden die Kelvin-Skala und, darauf basierend, die heute gültige Definition des Grad Celsius eingeführt. Gefrier- und Siedepunkt des Wassers verloren damit ihre Rolle als Fixpunkte der Celsius-Skala.

Symbol

Das Symbol für die Maßeinheit ist eine Kombination aus dem Gradzeichen und dem Großbuchstaben „C“. Diese sind als Einheit zu betrachten und dürfen nicht getrennt werden. Der Zahlenwert steht davor, wie bei Maßeinheiten üblich getrennt durch ein Leerzeichen.[8][3] Aus Gründen der Kompatibilität enthält der Unicode-Standard zusätzlich die Darstellung durch ein Zeichen ℃ (U+2103), das Unicode-Konsortium rät aber von der Verwendung ab.[9] Nach Regeln der Organe der internationalen Meterkonvention darf das Grad Celsius auch zusammen mit SI-Vorsätzen benutzt werden, nach deutschem Einheitenrecht jedoch nicht. Diese Regelung wurde nicht in die nationale deutsche Normung des Deutschen Instituts für Normung (DIN 1301-1, DIN 1345) übernommen.

Temperaturdifferenz

Die Temperaturdifferenz   ist der Unterschied in der Temperatur von zwei Messpunkten , die sich in der Zeit oder der räumlichen Position unterscheiden. Da die Kelvin- und die Celsius-Skala um einen festen Wert gegeneinander verschoben sind, stimmen die Zahlenwerte von Temperaturdifferenzen bei der Verwendung der Einheiten Kelvin und Grad Celsius überein:  

Als Einheit für Temperaturdifferenzen wird vom DIN in Anpassung an das Internationale Einheitensystem (SI) mit der Norm DIN 1345 (Ausgabe Dezember 1993) das Kelvin empfohlen. Die DIN ergänzt dazu: „Nach dem Beschluss der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (1967–1968) darf die Differenz zweier Celsius-Temperaturen auch in der Einheit Grad Celsius (°C) angegeben werden.“ Hier wird also der Einheitenname Grad Celsius als besonderer Name für das Kelvin benutzt.

Beispiel: Die Differenz zwischen der Temperatur   (entspricht  ) und der Temperatur   ( ) beträgt  . Dies darf auch als   geschrieben werden, aber natürlich ist diese Differenz nicht mit   gleichzusetzen.

Gleiche gilt für Vielfache: Es wäre falsch, t = 60 °C (T = 333,15 K) verglichen mit t = 30 °C (T = 303,15 K) als „doppelt so warm“ zu bezeichnen; richtig hingegen ist eine solche Aussage für die absolute Temperatur, z. B. „600 K ist doppelt so warm wie 300 K“.

Umrechnung

Im folgenden Abschnitt werden einige Umrechnungstabellen für verschiedene Temperaturwerte und -einheiten angegeben.

Temperaturskalen

Übersicht über die klassischen Temperaturskalen
Einheit Einheiten­zeichen unterer Fixpunkt F1 oberer Fixpunkt F2 Skalen­inter­vall Erfinder Jahr der Ent­ste­hung Verbrei­tungs­gebiet
Kelvin K T0 = 0 K TTri(H2O) = 273,16 K[Anm 1]   William Thomson Baron Kelvin 1848 weltweit (SI-Einheit)
Grad Celsius °C TSchm(H2O) = 0 °C[Anm 2] TSied(H2O) = 100 °C[Anm 2]   Anders Celsius 1742 weltweit
Grad Fahrenheit °F TKältem. = 0 °F[Anm 3] TMensch = 96 °F[Anm 3]   Daniel Fahrenheit 1714 USA
Grad Rankine °Ra, °R T0 = 0 °Ra   William Rankine 1859 USA
Grad Delisle °De, °D TSchm(H2O) = 150 °De TSied(H2O) = 0 °De   Joseph-Nicolas Delisle 1732 Russland (19. Jhd.)
Grad Réaumur °Ré, °Re, °R TSchm(H2O) = 0 °Ré TSied(H2O) = 80 °Ré   René-Antoine Ferchault de Réaumur 1730 Westeuropa bis Ende 19. Jhd.
Grad Newton °N TSchm(H2O) = 0 °N TSied(H2O) = 33 °N   Isaac Newton ≈ 1700 keines
Grad Rømer °Rø TSchm(Lake) = 0 °Rø[Anm 4] TSied(H2O) = 60 °Rø   Ole Rømer 1701 keines
Anmerkungen zur Tabelle:
  1. Ursprünglich über Celsius-Skala definiert, ΔT = 1 K ≡ 1 °C.
  2. a b Traditionelle Fixpunkte; ursprünglich umgekehrt (ähnlich wie Delisle-Skala); heute über Kelvin-Skala definiert, ΔT = 1 °C ≡ 1 K, also der 273,16-te Teil von TTri(H2O) = 0,01 °C.
  3. a b Genutzt wurde die Temperatur einer Kältemischung von Eis, Wasser und Salmiak oder Seesalz (−17,8 °C) und die „Körpertemperatur eines gesunden Menschen“ (35,6 °C); heute über TSchm(H2O) = 32 °F und TSied(H2O) = 212 °F sowie ΔT = (F2−F1) / 180 definiert.
  4. Genutzt wurde die Schmelztemperatur einer Salzlake (−14,3 °C).

Temperaturumrechnung

Umrechnung zwischen den Temperatureinheiten
→ von → Kelvin
(K)
Grad Celsius
(°C)
Grad Réaumur
(°Ré)
Grad Fahrenheit
(°F)
↓ nach ↓
TKelvin = TK TC + 273,15 T · 1,25 + 273,15 (TF + 459,67) · 59
TCelsius = TK − 273,15 TC T · 1,25 (TF − 32) · 59
TRéaumur = (TK − 273,15) · 0,8 TC · 0,8 T (TF − 32) · 49
TFahrenheit = TK · 1,8 − 459,67 TC · 1,8 + 32 T · 2,25 + 32 TF
TRankine = TK · 1,8 TC · 1,8 + 491,67 T · 2,25 + 491,67 TF + 459,67
TRømer = (TK − 273,15) · 2140 + 7,5 TC · 2140 + 7,5 T · 2132 + 7,5 (TF − 32) · 724 + 7,5
TDelisle = (373,15 − TK) · 1,5 (100 − TC) · 1,5 (80 − T) · 1,875 (212 − TF) · 56
TNewton = (TK − 273,15) · 0,33 TC · 0,33 T · 3380 (TF − 32) · 1160
→ von → Grad Rankine
(°Ra)
Grad Rømer
(°Rø)
Grad Delisle
(°De)
Grad Newton
(°N)
↓ nach ↓
TKelvin = TRa · 59 (T − 7,5) · 4021 + 273,15 373,15 − TDe · 23 TN · 10033 + 273,15
TCelsius = TRa · 59 − 273,15 (T − 7,5) · 4021 100 − TDe · 23 TN · 10033
TRéaumur = TRa · 49 − 218,52 (T − 7,5) · 3221 80 − TDe · 815 TN · 8033
TFahrenheit = TRa − 459,67 (T − 7,5) · 247 + 32 212 − TDe · 1,2 TN · 6011 + 32
TRankine = TRa (T − 7,5) · 247 + 491,67 671,67 − TDe · 1,2 TN · 6011 + 491,67
TRømer = (TRa − 491,67) · 724 + 7,5 T 60 − TDe · 0,35 TN · 3522 + 7,5
TDelisle = (671,67 − TRa) · 56 (60 − T) · 207 TDe (33 − TN) · 5011
TNewton = (TRa − 491,67) · 1160 (T − 7,5) · 2235 33 − TDe · 0,22 TN

Temperaturvergleich

Ausgewählte Temperaturwerte in verschiedenen Einheiten
Messwert Grad
Celsius
Kelvin Grad
Fahrenheit
Grad
Rankine
Grad
Réaumur
mittlere Oberflächentemperatur der Sonne 5505 °C 5778 K 9941 °F 10400 °Ra 4404 °R
Schmelzpunkt von Eisen 1535 °C 1808 K 2795 °F 3255 °Ra 1228 °R
Schmelzpunkt von Blei 0327,46 °C 0600,61 K 0621,43 °F 1081,10 °Ra 0261,97 °R
Siedepunkt von Wasser (bei Normaldruck) 100 °C 373,15 K 212 °F 671,67 °Ra 80 °R
höchste im Freien gemessene Lufttemperatur 57,80 °C 330,95 K 136,04 °F 595,71 °Ra 46,24 °R
Körpertemperatur des Menschen nach Fahrenheit 35,56 °C 308,71 K 96 °F 555,67 °Ra 28,44 °R
Tripelpunkt von Wasser 0,01 °C 273,16 K 32,018 °F 491,688 °Ra 0,01 °R
Gefrierpunkt von Wasser (bei Normaldruck) 0 °C 273,15 K 32 °F 491,67 °Ra 0 °R
tiefste Temperatur in Danzig, Winter 1708/09 −17,78 °C 255,37 K 0 °F 459,67 °Ra −14,22 °R
Schmelzpunkt von Quecksilber −38,83 °C 234,32 K −37,89 °F 421,78 °Ra −31,06 °R
tiefste im Freien gemessene Lufttemperatur −89,2 °C 183,95 K −128,56 °F 331,11 °Ra −71,36 °R
Schmelzpunkt von Ethanol −114,40 °C 158,75 K −173,92 °F 285,75 °Ra −91,52 °R
Siedepunkt von Stickstoff −195,80 °C 77,35 K −320,44 °F 139,23 °Ra −156,64 °R
absoluter Nullpunkt −273,15 °C 0 K −459,67 °F 0 °Ra −218,52 °R
Hell hinterlegten Felder bezeichnen die traditionellen Fixpunkte zur Festsetzung der betreffenden Einheit.
Fettdruck bezeichnet exakte Werte nach heutiger Definition.

Einzelnachweise

  1. sächlich gemäß DIN 1301 Teil 1 - Oktober 2010: Einheiten – Teil 1: Einheitennamen, Einheitenzeichen.: „ Die Einheitennamen „Grad Celsius“ und „Grad“ waren früher nach DIN 1301-1 männlich. Da Grad nicht nur als Einheit, sondern auch im Sinne von Ausmaß (siehe auch DIN 5485) als männliches Substantiv benutzt wird, wurden zur Unterscheidung für die Einheiten die sächlichen Formen festgelegt, die der Duden, Band 1, auch zulässt.“
  2. Informationen zu Wasser auf der Website der London South Bank University (englisch)
  3. a b SI Brochure: The International System of Units (SI)[8th edition], Section 2.1.1.5. BIPM, 2014, abgerufen am 8. März 2018 (englisch).
  4. A. Celsius: Observationer om twänne beständiga. Grader på en Thermometer. In: Kungliga Vetenskapsakademiens handlingar. 1742, S. 171–180 (Faksimle in der Google-Buchsuche – Swedisch).
  5. a b Jakow Abramowitsch Smorodinskij, Paul Ziesche: Was ist Temperatur? Begriff, Geschichte, Labor und Kosmos. Harri Deutsch, Thun 2000. Seite 11 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. a b c Joachim Blüthgen, Wolfgang Weischet: Allgemeine Klimageographie. Lehrbuch der Allgemeinen Geographie. de Gruyter, Berlin/New York 1980. Seite 118 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. Nikos Psarros: Die Chemie und ihre Methoden. John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-3-527-62463-8, S. 109 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  8. The International System of Units (SI) - 8. Auflage, Kap. 5.3.3. BIPM, 2006, S. 133, abgerufen am 26. Februar 2018 (pdf, englisch).
  9. Unicode-Konsortium: The Unicode Standard, Version 10.0. 2017, S. 785, abgerufen am 26. Februar 2018 (pdf, englisch).