Was ist Temperatur?

Temperatur und gefühlte Temperatur

Das Wort Temperatur begegnet dir wahrscheinlich mehrmals am Tag, wie zum Beispiel im Wetterbericht. Dann freust du dich vielleicht, wenn es warm genug wird, um schwimmen zu gehen, oder kalt genug, damit es schneien kann. Aber hast du dich vielleicht schon einmal gewundert, warum zusätzlich zur Temperatur auch die gefühlte Temperatur angegeben wurde? Wir wollen heute verstehen, was die Temperatur in der Physik eigentlich ist und was es mit der gefühlten Temperatur auf sich hat.

Mit Temperatur verbinden wir im Alltag meistens eine Eigenschaft, die wir Objekten zuschreiben oder an Objekten wahrnehmen. Zum Beispiel kann sich die Luft draußen warm oder kalt anfühlen. Genauso können sich zwei unterschiedliche Objekte warm oder kalt anfühlen und wir würden dann intuitiv sagen, dass sie eine unterschiedliche Temperatur haben. Das stimmt aber nicht immer und das kannst du auch leicht selbst überprüfen:

Ihr habt sicher einen Kühlschrank zu Hause, der Lebensmittel abkühlen und kühl halten kann. In der Regel ist ein Kühlschrank auf etwa $5°\text{C}$ eingestellt – er kühlt also alle Objekte, mit denen er befüllt ist, auf genau $5°\text{C}$ ab. Jetzt kannst du zwei unterschiedliche Dinge über Nacht in den Kühlschrank legen, und zwar ein Stück dicke Pappe und einen Löffel aus Metall. Am nächsten morgen haben beide dieselbe Temperatur, nämlich $5°\text{C}$, aber wenn du sie in die Hand nimmst, fühlt sich der Löffel viel kälter an.

Was wir fühlen, kann also nicht die Temperatur sein. Es ist vielmehr die Wärme oder Wärmeenergie $Q$, die ein Körper auf uns überträgt oder die er uns entzieht. Wie groß diese Wärmemenge $Q$ ist, hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Einerseits natürlich auch von der Temperaturdifferenz zwischen zwei Körpern, aber auch davon, wie gut ein Material Wärme transportieren kann. Dabei wird die Wärmeenergie immer von dem Körper höherer Temperatur $T_1$ zu dem niedrigerer Temperatur $T_2$ übertragen! Und das passiert solange, bis beide Körper dieselbe Temperatur $T_3$ haben. Die liegt dann normalerweise zwischen den beiden Ausgangswerten, also: $T_1>T_3>T_2$.

Wir wissen jetzt also schon, dass zwei Körper unterschiedlicher Temperatur Wärmeenergie austauschen können und so ihre Temperaturen angleichen. Die Temperatur muss also etwas mit der Energie dieser Körper zu tun haben.

Die Temperatur in der Physik

Die Temperatur $T$ als physikalische Größe hängt direkt mit der inneren Energie eines Körpers oder Systems zusammen. Wenn die innere Energie größer wird, steigt damit auch die Temperatur. In unserem Beispiel der Wärmeübertragung heißt das also, dass ein Teil der inneren Energie in Form von Wärme von einem auf den anderen Körper übergeht. Die innere Energie können wir uns in einem einfachen Bild als die Bewegungsenergie der Teilchen vorstellen. Dabei müssen wir allerdings unterscheiden, ob wir eine Flüssigkeit bzw. ein Gas oder einen festen Körper betrachten. Bei Flüssigkeiten und Gasen können sich die Teilchen, aus denen sie bestehen, frei umherbewegen. Je höher die Temperatur, also die innere Energie, ist, desto schneller bewegen sich auch die Teilchen. In festen Körpern sind die Teilchen fest miteinander verbunden. Die Verbindungen können wir uns aber als elastische Federn vorstellen, sodass die Teilchen hin und her schwingen können. Je höher die Temperatur ist, desto stärker schwingen die Teilchen.

Als Einheit der Temperatur kennst du vermutlich das Grad Celsius mit dem Einheitenzeichen $°\text{C}$. Bei dieser Skala ist der Nullpunkt die Temperatur, bei der Wasser unter Normaldruck, also bei $1~\text{bar}$, zu Eis wird. Deswegen gibt es auch positive und negative Temperaturen. Die Skaleneinteilung, also die Größe von genau $1~° \text{C}$ Unterschied, ist mithilfe des Siedepunkts von Wasser definiert. Das ist die Temperatur, ab der Wasser zu kochen beginnt. Sie beträgt per Definition $100~° \text{C}$. Damit entspricht $1~° \text{C}$ genau einem Hundertstel des Abstands zwischen Gefrier- und Siedepunkt von Wasser. Vor allem in der Forschung wird auch die Einheit Kelvin mit dem Einheitenzeichen $\text{K}$ genutzt. In dieser Einheit ist die absolute Temperatur gegeben und es gibt nur positive Temperaturen. Der Nullpunkt dieser Skala wird auch als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Er ist definiert als die Temperatur, bei der sich die Teilchen überhaupt nicht mehr bewegen. Kälter als diese Temperatur kann nichts werden, deswegen hat man sie als $0~\text{K}$ definiert.

Gefühlte Temperatur – subjektives Wärmeempfinden in der Physik

Manchmal zeigt das Thermometer eine bestimmte Temperatur an, doch es kann sich deutlich wärmer oder deutlich kälter anfühlen. Das liegt an der gefühlten Temperatur. Diese wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst und ist eine subjektive Wahrnehmung. Im Folgenden schauen wir uns die Definition und Bedeutung des subjektiven Temperaturempfindens gemeinsam an und klären die Frage, warum das Temperaturempfinden subjektiv ist.

Was ist subjektives Wärmeempfinden?

Wie kalt oder warm etwas ist, wird durch die Temperatur in Grad Celsius $\left(^\circ \pu{C}\right)$ oder Kelvin $\left(\pu{K}\right)$ angegeben. Wir Menschen nehmen die Temperatur über unsere Haut mithilfe von Rezeptoren wahr. Dieses Empfinden der Temperatur ist sehr subjektiv. Das bedeutet, manche Menschen nehmen etwas als warm war, was andere als kalt wahrnehmen. Diese Wahrnehmung unterscheidet sich von Mensch zu Mensch.
Auch hängt die Wahrnehmung sehr vom Zusammenhang ab: Ist es draußen sehr heiß, so fühlt sich die Temperatur in der Wohnung angenehm kühl an. Ist es jedoch draußen sehr kalt, so fühlt sich die Temperatur in der Wohnung schön warm an.

Diese Temperatur, die wir fühlen, unterscheidet sich von der gemessenen Temperatur und wird gefühlte Temperatur genannt.

Wir können zusammenfassen:

• Das subjektive Wärmeempfinden wird auch gefühlte Temperatur genannt. Es ist kein objektives Temperaturmaß, sondern unterscheidet sich aufgrund verschiedener Faktoren von Mensch zu Mensch. Um die Temperatur objektiv (also unabhängig von der persönlichen Wahrnehmung) bestimmen zu können, muss sie beispielsweise mit einem Thermometer gemessen werden.

Wovon ist die gefühlte Temperatur abhängig?

Die gefühlte Temperatur ist von vielen Faktoren abhängig. Zum Beispiel von wetterbedingten Faktoren wie:

• Luftfeuchtigkeit
• Windgeschwindigkeit
• Sonnenschein oder Bewölkung

So sorgt eine höhere Windgeschwindigkeit dafür, dass sich die Luft kälter anfühlt. Weht der Wind stärker, so verdunstet die Feuchtigkeit auf der Haut schneller, das führt zu einem kühlenden Effekt.

Außerdem gibt es die körperlichen Faktoren:

• Bewegung oder Stillstand
• Alter und Gewicht des Menschen
• Muskel- und Fettanteil des Körpers

Hat ein Mensch gerade Sport gemacht und ist deshalb aufgewärmt, so fühlt sich die Umgebung für ihn wärmer an.

Aber auch die Wärmeleitfähigkeit von Gegenständen beeinflusst die gefühlte Temperatur. Vergleicht man ein kühles Stück Holz und ein Stück Metall mit der gleichen Temperatur, so fühlt sich das Metall kälter an. Das liegt daran, dass das Metall eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Holz. Somit geschieht der Wärmeaustausch zwischen der Hand und dem Metall schneller als zwischen der Hand und dem Holz. Das führt zu einer schnelleren Abkühlung der Hand am Metall, wodurch sich dieses kälter anfühlt.
Sind Metall und Holz wärmer als die Hand, haben jedoch wieder die gleiche Temperatur, so wird der Effekt umgekehrt. Das Metall kann schneller Wärme an die Hand abgeben als das Holz. Somit fühlt sich das Metall wärmer an als das Holz.

Objektive Temperaturmessung

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten der objektiven Temperaturmessung. Eine der einfachsten und ältesten ist die Messung mit einem Flüssigkeitsthermometer. In diesem Messgerät wird ausgenutzt, dass sich Flüssigkeiten ausdehnen, wenn sie wärmer werden. Es besteht aus einem Glasröhrchen mit einem Flüssigkeitsreservoir, in dem früher häufig Quecksilber war. Auf dem Röhrchen befindet sich die Temperaturskala. Je nach Temperatur steigt oder sinkt der Flüssigkeitsstand in dem Röhrchen und man kann die Temperatur messen und direkt an der Skala ablesen.

Du hast so ein Thermometer sicher schon einmal gesehen, obwohl es heutzutage sicher mit einer anderen Flüssigkeit gefüllt ist. Quecksilber ist nämlich sehr giftig. Außerdem gibt es mittlerweile auch schon andere Messverfahren und digitale Thermometer, um die Temperatur zu messen.

Zum Schluss findest du in der folgenden Tabelle noch ein paar besondere Temperaturwerte als Beispiele.

Quellenverzeichnis

¹ Deutscher Wetterdienst, Kälterekord; abgerufen am 14.01.2021

² Deutscher Wetterdienst, Hitzerekord; abgerufen am 14.01.2021

³ WMO, Kälterekord; abgerufen am 14.01.2021

⁴ WMO, Hitzerekord; abgerufen am 14.01.2021

⁵ Nasa, Sun Fact Sheet; abgerufen am 14.01.2021

Häufig gestellte Fragen zum Thema Subjektive Wärmewahrnehmung