Grad Celsius
Einheit
Norm SI-Einheitensystem
Einheitenname Grad Celsius
Einheitenzeichen °C
Beschriebene Größe(n) Celsius-Temperatur
Größensymbol(e) \vartheta\, (t)
Dimensionsname Temperatur
Dimensionssymbol T
In SI-Einheiten siehe Text
Benannt nach Anders Celsius

Das Grad Celsius (sächlich gemäß DIN 1301-1:2010-10) ist eine Maßeinheit der Temperatur.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Für die Zahlenwerte einer Celsius-Temperatur und der entsprechenden thermodynamischen Temperatur gilt folgende Beziehung:

\left\{ \vartheta_{\rm Grad \, Celsius} \right\} = \left\{ T_{\rm Kelvin} \right\} - 273{,}15

Die geschweiften Klammern bezeichnen dabei nur die Zahlenwerte, und zwar bei Verwendung der Einheiten Grad Celsius oder Kelvin.

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 DIN (DIN 1301-1, DIN 1345) übernommen.

Durch die Neudefinition der Celsius-Skala über die Kelvin-Skala ist der Schmelz- und Siedepunkt von Wasser nicht mehr genau 0 °C und 100 °C, sondern 0,002519 °C und 99,9839 °C (99,9743 °C nach ITS-90).[1]

Geschichte

Die Celsius-Skala wurde 1742 durch den schwedischen Astronomen Anders Celsius eingeführt, nach welchem die Einheit 1948 auch benannt wurde. Die ursprüngliche Celsius-Temperaturskala verwendete als Fixpunkte die Temperaturen von Gefrier- und Siedepunkt des Wassers bei Normaldruck, das heißt einem Luftdruck von 1013,25 Hektopascal oder 760 Millimeter Quecksilbersäule. 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“.

Eine andere Definition liegt der Norm DIN 1345 (Ausgabe Dezember 1993) des DIN zu Grunde. Es wird eine besondere Größenbenennung „Celsius-Temperatur“ eingeführt. Dies ist die Differenz der jeweiligen thermodynamischen Temperatur und der festen Bezugstemperatur 273,15 Kelvin (Einheitenzeichen: K). Weil diese Norm für Temperaturdifferenzen die Verwendung des Kelvin empfiehlt, legt sie weiterhin fest: „Bei Angabe der Celsius-Temperatur wird der Einheitenname Grad Celsius (Einheitenzeichen: °C) als besonderer Name für das Kelvin benutzt.“

Celsius bezeichnete ursprünglich die Gefrierpunktstemperatur mit 100° und die Siedepunktstemperatur mit 0°. Kurz nach seinem Tod wurden die Temperaturwerte der beiden Fixpunkte, wie noch heute üblich, getauscht.[2][3][4]

Formelzeichen für thermodynamische Temperatur und Celsius-Temperatur

Als Formelzeichen für die Celsius-Temperatur ist das \vartheta (zur Unterscheidung auch θ) (Theta) und nach DIN 1345 vom Dezember 1993 das kleine t üblich und normgerecht, fälschlicherweise wird hierfür jedoch auch das große T verwendet. Eigentlich ist T für die absolute Temperatur in Kelvin vorbehalten.

Temperaturdifferenz

Die Temperaturdifferenz \Delta \vartheta ist der Unterschied in der Temperatur von zwei Messpunkten \varphi \,, die sich in der Zeit oder der räumlichen Position unterscheiden.

Als Einheit für Temperaturdifferenzen wird das Kelvin vom DIN in der Norm DIN 1345 (Ausgabe Dezember 1993) empfohlen, in Anpassung an das SI-System. 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.“ Im Sinne dieser Norm stellt die „Celsius-Temperatur“ die Differenz der jeweiligen thermodynamischen Temperatur und der festen Bezugstemperatur 273,15 K dar; bei Angabe der Celsius-Temperatur wird der Einheitenname Grad Celsius als besonderer Name für das Kelvin benutzt (denn für Temperaturdifferenzen empfiehlt die Norm ja an sich das Kelvin).

Die Zahlenwerte von Temperaturdifferenzen stimmen bei der Verwendung der Einheit Kelvin oder Grad Celsius überein.

\Delta \vartheta_{\rm Grad \, Celsius} = \Delta T_{\rm Kelvin}

Umrechnung

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

Temperaturskalen

Übersicht über die klassischen Temperaturskalen
Einheit Kelvin Grad Celsius Grad Fahrenheit Grad Rankine Grad Delisle Grad Réaumur Grad Newton Grad Rømer
Einheitenzeichen K °C °F °Ra, °R °De, °D °Ré, °Re, °R °N °Rø
unterer Fixpunkt F1 T0
= 0 K
TSchm(H2O)
= 0 °C
[Anm 1]
TKältemischung
= 0 °F
[Anm 2]
T0
= 0 °Ra
TSchm(H2O)
= 150 °De
TSchm(H2O)
= 0 °Ré
TSchm(H2O)
= 0 °N
TSchm(Lake)
= 0 °Rø
[Anm 3]
oberer Fixpunkt F2 TTri(H2O)
= 273,16 K
TSied(H2O)
= 100 °C
[Anm 1]
TMensch
= 96 °F
[Anm 2]
TSied(H2O)
= 0 °De
TSied(H2O)
= 80 °Ré
TSied(H2O)
= 33 °N
TSied(H2O)
= 60 °Rø
Skalenintervall (F2−F1) / 273,16
[Anm 4]
(F2−F1) / 100 (F2−F1) / 96 1 °Ra ≡ 1 °F (F1−F2) / 150 (F2−F1) / 80 (F2−F1) / 33 (F2−F1) / 60
Erfinder William Thomson Baron Kelvin Anders Celsius Daniel Fahrenheit William Rankine Joseph-Nicolas Delisle René-Antoine Ferchault de Réaumur Isaac Newton Ole Rømer
Entstehungsjahr 1848 1742 1714 1859 1732 1730 ≈ 1700 1701
Verbreitungsgebiet weltweit (SI-Einheit) weltweit USA USA Russland (19. Jhd.) Westeuropa bis Ende 19. Jhd.
Anmerkungen zur Tabelle:
  1. 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.
  2. 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.
  3. Genutzt wurde die Schmelztemperatur einer Salzlake (−14,3 °C).
  4. Ursprünglich über Celsius-Skala definiert, ΔT = 1 K ≡ 1 °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 \ Einheit Grad Fahrenheit Grad Rankine Grad Réaumur Grad Celsius Kelvin
mittlere Oberflächentemperatur der Sonne 9 941 °F 10 400 °Ra 4 404 °R 5 505 °C 5 778 K
Schmelzpunkt von Eisen 2 795 °F 3 255 °Ra 1 228 °R 1 535 °C 1 808 K
Schmelzpunkt von Blei 621,43 °F 1081,10 °Ra 261,97 °R 327,46 °C 600,61 K
Siedepunkt von Wasser (bei Normaldruck) 212 °F 671,67 °Ra 80 °R 100 °C 373,15 K
höchste im Freien gemessene Lufttemperatur 136,04 °F 595,71 °Ra 46,24 °R 57,80 °C 330,95 K
Körpertemperatur des Menschen nach Fahrenheit 96 °F 555,67 °Ra 28,44 °R 35,56 °C 308,71 K
Tripelpunkt von Wasser 32,02 °F 491,69 °Ra 0,01 °R 0,01 °C 273,16 K
Gefrierpunkt von Wasser (bei Normaldruck) 32 °F 491,67 °Ra 0 °R 0 °C 273,15 K
tiefste Temperatur in Danzig, Winter 1708/09 0 °F 459,67 °Ra −14,22 °R −17,78 °C 255,37 K
Schmelzpunkt von Quecksilber −37,89 °F 421,78 °Ra −31,06 °R −38,83 °C 234,32 K
tiefste im Freien gemessene Lufttemperatur −128,56 °F 331,11 °Ra −71,36 °R −89,2 °C 183,95 K
Gefrierpunkt von Ethanol −173,92 °F 285,75 °Ra −91,52 °R −114,40 °C 158,75 K
Siedepunkt von Stickstoff −320,44 °F 139,23 °Ra −156,64 °R −195,80 °C 77,35 K
absoluter Nullpunkt −459,67 °F 0 °Ra −218,52 °R −273,15 °C 0 K
Anmerkung: Die grau hinterlegten Felder bezeichnen die traditionellen Fixpunkte zur Festsetzung der betreffenden Einheit.

Einzelnachweise

  1. Informationen zu Wasser auf der Webseite der London South Bank University (englisch)
  2. Jakow Abramowitsch Smorodinskij, Paul Ziesche: Was ist Temperatur? Begriff, Geschichte, Labor und Kosmos. Harri Deutsch, Thun 2000. Seite 11. books.google.com
  3. Joachim Blüthgen, Wolfgang Weischet: Allgemeine Klimageographie. Lehrbuch der Allgemeinen Geographie. de Gruyter, Berlin/New York 1980. Seite 118. books.google.de
  4. Anders Celsius (1701–1744) (englisch) – Biographie über Anders Celsius, von „The Uppsala Astronomical Observatory“.

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