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Die '''Internationale Temperaturskala von 1990''' ('''International Temperature Scale of 1990''': '''ITS-90''') definiert Temperaturen in den Einheiten [[Kelvin]] und [[Celsius]] und unterstützt die Vergleichbarkeit und Kompatibilität von Temperaturmessungen. | Die '''Internationale Temperaturskala von 1990''' ('''International Temperature Scale of 1990''': '''ITS-90''') wurde 1989 vom Internationalen Komitee für Maß und Gewicht ([[CIPM]]) verabschiedet. Sie definiert Temperaturen in den Einheiten [[Kelvin]] und [[Grad Celsius]] und unterstützt die Vergleichbarkeit und Kompatibilität von Temperaturmessungen. Sie wird benötigt, da die Messung der [[Absolute Temperatur|thermodynamischen Temperatur]] mittels eines [[Primärthermometer]]s sehr kompliziert und zeitaufwendig ist. Im Gegensatz dazu ist die Temperaturbestimmung mit [[Sekundärthermometer]]n einfacher. Allerdings müssen diese kalibriert werden, was die ITS-90 ermöglicht.<ref name="Seidel">{{Literatur |Autor=Joachim Seidel, Jost Engert, Bernd Fellmuth, Joachim Fischer, Jürgen Hartmann, Jörg Hollandt, Erich Tegeler |Titel=Die Internationalen Temperaturskalen ITS-90 und PLTS-2000 |Sammelwerk=PTB-Mitteilungen |Band=117 |Nummer=3 |Datum=2017 |Seiten=16–22}}</ref> | ||
== Aufbau == | |||
Die vorgegebenen Werte (der Fixpunkte), auf denen die ITS-90 beruht, geben nur den Stand aus dem Jahre 1990 wieder, und können in einer zukünftigen Skala ITS-XX verfeinert werden | Die ITS-90 definiert von 0,65 K bis zu den höchsten messbaren Temperaturen, die Temperaturen <math display="inline">T_{90}</math> in Kelvin und <math display="inline">t_{90}</math> in Grad Celsius, welche eine möglichst gute Annäherung an die wirkliche thermodynamische Temperatur darstellen. Dazu legt die ITS-90 spezielle Temperaturen, sogenannte Fixpunkte (zumeist Temperaturen bestimmter Phasenübergänge einiger Stoffe), fest, die in der Vergangenheit mit einem Primärthermometer ermittelt wurden. Zwischen diesen Temperaturwerten wird mittels definierter Thermometer [[Interpolation (Mathematik)|interpoliert]] (sehr selten auch [[Extrapolation|extrapoliert]]), die zuvor an den Fixpunkten [[Kalibrierung|kalibriert]] wurden. Die Skala ist in einzelne Bereiche unterteilt, in denen ein bestimmtes Interpolationsthermometer vorgeschrieben ist. Die einzelnen Temperaturbereiche überlappen sich und führen so zu einer inhärenten Mehrdeutigkeit der Skala, da verschiedene Verfahren und verschiedene Fixpunkte meist nicht exakt dieselben Temperaturen ergeben.<ref name="Seidel" /> | ||
Um die ganze Skala abzudecken, benötigt man: | |||
*Helium-[[Dampfdruckthermometer]] von 0,65 bis 5 K,<ref name="Blanke_PhysZeit">{{Literatur |Autor=Walter Blanke |Titel=Die neue „Internationale Temperaturskala von 1990“ |Sammelwerk=Physik in unserer Zeit |Band=22 |Nummer=1 |Datum=1991 |Seiten=13–19}}</ref> | |||
*Helium-Gasthermometer von 3,0 bis 24,5561 K,<ref name="Blanke_PhysZeit" /> , | |||
*Platin-[[Widerstandsthermometer]] von 13,8033 bis 1234,93 K,<ref name="Blanke_PhysZeit" /> | |||
*[[Pyrometer|Spektralpyrometer]] oberhalb von 1234,93 K,<ref name="Blanke_PhysZeit" /> | |||
Die vorgegebenen Werte (der Fixpunkte), auf denen die ITS-90 beruht, geben nur den Stand aus dem Jahre 1990 wieder, und können in einer zukünftigen Skala ITS-XX verfeinert werden. Ebenso können die Interpolationsformeln und sogar die Thermometrie-Verfahren angepasst werden, so wie auch die ITS-90 nur eine Weiterentwicklung ihrer Vorgänger ist, die [[IPTS-68]] und die [[EPT-76]] (Tieftemperaturbereich). | |||
So wie heute historische Präzisionsmessungen ineinander umgerechnet werden können, sichert die ITS-90 eine Nachvollziehbarkeit von Temperaturangaben in unserer Zeit für die Zukunft, was die absoluten Verfahren (noch) nicht leisten können. | So wie heute historische Präzisionsmessungen ineinander umgerechnet werden können, sichert die ITS-90 eine Nachvollziehbarkeit von Temperaturangaben in unserer Zeit für die Zukunft, was die absoluten Verfahren (noch) nicht leisten können. | ||
Die folgende Tabelle zeigt | Die ITS-90 wird zu tieferen Temperaturen durch die vorläufige Tieftemperaturskala von 0,9 mK bis 1 K (''Provisonal Low Temperature Scale from 0.9 mK to 1 K'', PLTS-2000) ergänzt.<ref name="Seidel" /> | ||
== Fixpunkte == | |||
Die folgende Tabelle zeigt die Fixpunkte der Skala.<ref name="Seidel" /><ref name="Blanke_PhysZeit" /> | |||
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| Tripelpunkt von [[Wasserstoff]] | | Tripelpunkt von [[Wasserstoff]] | ||
| 13,8033 | | {{0}}{{0}}13,8033 | ||
| −259,3467 | | −259,3467 | ||
<!----- Dampfdruck von H2 ist kein Fixpunkt sondern Formel | |||
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| | | Dampfdruck des Wasserstoffs bei 32,9 [[Pascal (Einheit)|kPa]] | ||
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| −256,15 | | −256,15 | ||
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| | | Dampfdruck des Wasserstoffs bei 102,2 kPa | ||
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| −252,85 | | −252,85 | ||
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| Tripelpunkt von [[Neon]] | | Tripelpunkt von [[Neon]] | ||
| 24,5561 | | {{0}}{{0}}24,5561 | ||
| −248,5939 | | −248,5939 | ||
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| Tripelpunkt von [[Sauerstoff]] | | Tripelpunkt von [[Sauerstoff]] | ||
| 54,3584 | | {{0}}{{0}}54,3584 | ||
| −218,7916 | | −218,7916 | ||
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| Tripelpunkt von [[Argon]] | | Tripelpunkt von [[Argon]] | ||
| 83,8058 | | {{0}}{{0}}83,8058 | ||
| −189,3442 | | −189,3442 | ||
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| Tripelpunkt von [[Quecksilber]] | | Tripelpunkt von [[Quecksilber]] | ||
| 234,3156 | | {{0}}234,3156 | ||
| −38,8344 | | {{0}}−38,8344 | ||
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| Tripelpunkt von Wasser | | Tripelpunkt von Wasser | ||
| 273,16 | | {{0}}273,16 | ||
| 0,01 | | {{0}}{{0}}{{0}}0,01 | ||
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| Schmelzpunkt von [[Gallium]] | | Schmelzpunkt von [[Gallium]] | ||
| 302,9146 | | {{0}}302,9146 | ||
| 29,7646 | | {{0}}{{0}}29,7646 | ||
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| | | Erstarrungspunkt von [[Indium]] | ||
| 429,7485 | | {{0}}429,7485 | ||
| 156,5985 | | {{0}}156,5985 | ||
|- | |- | ||
| | | Erstarrungspunkt von [[Zinn]] | ||
| 505, | | {{0}}505,078 | ||
| 231,928 | | {{0}}231,928 | ||
|- | |- | ||
| | | Erstarrungspunkt von [[Zink]] | ||
| 692, | | {{0}}692,677 | ||
| 419,527 | | {{0}}419,527 | ||
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| | | Erstarrungspunkt von [[Aluminium]] | ||
| 933,473 | | {{0}}933,473 | ||
| 660,323 | | {{0}}660,323 | ||
|- | |- | ||
| | | Erstarrungspunkt von [[Silber]] | ||
| 1234,93 | | 1234,93 | ||
| 961,78 | | {{0}}961,78 | ||
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| | | Erstarrungspunkt von [[Gold]] | ||
| 1337,33 | | 1337,33 | ||
| 1064,18 | | 1064,18 | ||
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| | | Erstarrungspunkt von [[Kupfer]] | ||
| 1357,77 | | 1357,77 | ||
| 1084,62 | | 1084,62 | ||
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Im Bereich zwischen 3 K und 5 K | Im Bereich zwischen 3 K und 5 K (−270,15 °C bis −268,15 °C) werden keine Fixpunkte, sondern der Dampfdruck von Helium verwendet. | ||
== Weblinks == | == Weblinks == | ||
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== Literatur == | == Literatur == | ||
* {{Literatur | * {{Literatur | ||
|Autor=Walter Blanke | |Autor=Walter Blanke | ||
|Hrsg=[[Physikalisch-Technische Bundesanstalt]] | |Hrsg=[[Physikalisch-Technische Bundesanstalt]] | ||
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== Einzelnachweise == | |||
<references /> | |||
[[Kategorie:Thermodynamik]] | [[Kategorie:Thermodynamik]] | ||
[[Kategorie:Temperaturmessung]] | [[Kategorie:Temperaturmessung]] | ||
<!-- Obwohl das Kelvin mittels des [[Absoluter Nullpunkt|Absoluten Nullpunkts]] (0 K) und des [[Tripelpunkt]]s von Wasser (273,16 K) definiert ist, ist es unhandlich, diese Definition bei Temperaturen zu verwenden, die vom absoluten Nullpunkt weit entfernt sind, da entsprechende Verfahren zur Bestimmung der [[Absolute Temperatur|absoluten Temperatur]] extrem aufwändig und mit hoher Unsicherheit verbunden sind. --> | |||
Die Internationale Temperaturskala von 1990 (International Temperature Scale of 1990: ITS-90) wurde 1989 vom Internationalen Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) verabschiedet. Sie definiert Temperaturen in den Einheiten Kelvin und Grad Celsius und unterstützt die Vergleichbarkeit und Kompatibilität von Temperaturmessungen. Sie wird benötigt, da die Messung der thermodynamischen Temperatur mittels eines Primärthermometers sehr kompliziert und zeitaufwendig ist. Im Gegensatz dazu ist die Temperaturbestimmung mit Sekundärthermometern einfacher. Allerdings müssen diese kalibriert werden, was die ITS-90 ermöglicht.[1]
Die ITS-90 definiert von 0,65 K bis zu den höchsten messbaren Temperaturen, die Temperaturen $ {\textstyle T_{90}} $ in Kelvin und $ {\textstyle t_{90}} $ in Grad Celsius, welche eine möglichst gute Annäherung an die wirkliche thermodynamische Temperatur darstellen. Dazu legt die ITS-90 spezielle Temperaturen, sogenannte Fixpunkte (zumeist Temperaturen bestimmter Phasenübergänge einiger Stoffe), fest, die in der Vergangenheit mit einem Primärthermometer ermittelt wurden. Zwischen diesen Temperaturwerten wird mittels definierter Thermometer interpoliert (sehr selten auch extrapoliert), die zuvor an den Fixpunkten kalibriert wurden. Die Skala ist in einzelne Bereiche unterteilt, in denen ein bestimmtes Interpolationsthermometer vorgeschrieben ist. Die einzelnen Temperaturbereiche überlappen sich und führen so zu einer inhärenten Mehrdeutigkeit der Skala, da verschiedene Verfahren und verschiedene Fixpunkte meist nicht exakt dieselben Temperaturen ergeben.[1]
Um die ganze Skala abzudecken, benötigt man:
Die vorgegebenen Werte (der Fixpunkte), auf denen die ITS-90 beruht, geben nur den Stand aus dem Jahre 1990 wieder, und können in einer zukünftigen Skala ITS-XX verfeinert werden. Ebenso können die Interpolationsformeln und sogar die Thermometrie-Verfahren angepasst werden, so wie auch die ITS-90 nur eine Weiterentwicklung ihrer Vorgänger ist, die IPTS-68 und die EPT-76 (Tieftemperaturbereich). So wie heute historische Präzisionsmessungen ineinander umgerechnet werden können, sichert die ITS-90 eine Nachvollziehbarkeit von Temperaturangaben in unserer Zeit für die Zukunft, was die absoluten Verfahren (noch) nicht leisten können.
Die ITS-90 wird zu tieferen Temperaturen durch die vorläufige Tieftemperaturskala von 0,9 mK bis 1 K (Provisonal Low Temperature Scale from 0.9 mK to 1 K, PLTS-2000) ergänzt.[1]
Die folgende Tabelle zeigt die Fixpunkte der Skala.[1][2]
| Fixpunkt | Temperatur (K) | Temperatur (°C) |
|---|---|---|
| Tripelpunkt von Wasserstoff | 13,8033 | −259,3467 |
| Tripelpunkt von Neon | 24,5561 | −248,5939 |
| Tripelpunkt von Sauerstoff | 54,3584 | −218,7916 |
| Tripelpunkt von Argon | 83,8058 | −189,3442 |
| Tripelpunkt von Quecksilber | 234,3156 | −38,8344 |
| Tripelpunkt von Wasser | 273,16 | 0,01 |
| Schmelzpunkt von Gallium | 302,9146 | 29,7646 |
| Erstarrungspunkt von Indium | 429,7485 | 156,5985 |
| Erstarrungspunkt von Zinn | 505,078 | 231,928 |
| Erstarrungspunkt von Zink | 692,677 | 419,527 |
| Erstarrungspunkt von Aluminium | 933,473 | 660,323 |
| Erstarrungspunkt von Silber | 1234,93 | 961,78 |
| Erstarrungspunkt von Gold | 1337,33 | 1064,18 |
| Erstarrungspunkt von Kupfer | 1357,77 | 1084,62 |
Im Bereich zwischen 3 K und 5 K (−270,15 °C bis −268,15 °C) werden keine Fixpunkte, sondern der Dampfdruck von Helium verwendet.