2.2 – Dampfdruckthermometer

 

Bei dieser Art der Temperaturmessung haben wir eine Flüssigkeit. Jeder Feststoff und jede Flüssigkeit hat die Möglichkeit, in den Gasförmigen Zustand überzugehen. Dies passiert immer, wenn ein Teilchen mehr Energie (Geschwindigkeit) als die Bindungsenergie hat. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Molekül diese Geschwindigkeit hat, lässt sich aus der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung ablesen:

Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung

Bei Raumtemperatur passiert dies allerdings nur in ausreichend großer Zahl bei Flüssigkeiten.

Der Dampfdruck ist ein stoff- und temperaturabhängiger Gasdruck und bezeichnet den Umgebungsdruck, unterhalb dessen ein Stoff – bei konstanter Temperatur – beginnt, in den gasförmigen Zustand überzugehen. Stoffe können in drei Aggregatzuständen auftreten: fest, flüssig und gasförmig. Existiert neben dem Gas noch eine flüssige Phase, so bezeichnet man das Gas als Dampf. Der Dampfdruck ist also der Druck in einem mehrphasigen System.

Hält man die Temperatur eines geschlossenen Systems konstant, so stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase ein. Stellt sich das Gleichgewicht vollständig ein, spricht man auch von Sättigungsdampfdruck. Bei Raumtemperatur (T = 300K) beträgt der Sättigungsdampfdruck über Wasser etwa {p_D}\left( {300K} \right) = 30mbar. Beim Sieden von Wasser ist der Dampfdruck genauso groß wie der äußere Druck, also etwa bei 1bar.

Die relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet das Verhältnis des momentanen Wasserdampfgehalts zum maximal möglichen Wasserdampfgehalt bei derselben Temperatur und demselben Druck.

Der Messbereich eines solchen mit Wasser gefüllten Thermometers ist etwa -10°C bis 200°C. Es gilt:

{p_D}\left( T \right) = C \cdot {T^2} \cdot {e^{-\frac{{{E_B}}}{{kT}}}}

Dabei ist C eine materialabhängige Konstante und {E_B} die Bindungsenergie.

Ein solches Thermometer ist sehr empfindlich, da die Änderung des Drucks mit der Temperatur groß ist. Je nach Medium ist es in verschiedenen Temperaturbereichen einsetzbar. Bei einer Wasserstoff-Füllung kann man z.B. etwa 4K bis 30K messen.

Vorteil gegenüber z. B. Bimetallthermometern oder direkt anzeigenden Flüssigkeitsthermometern ist, dass der Messort weit entfernt vom Anzeigeort liegen kann.

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1 Kommentar zu “2.2 – Dampfdruckthermometer”

In der Formel für den Dampfdruck darf kein

    \[T^2\]

stehen.

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