12 Lord Kelvin of Largs, der Namensgeber der thermodynamischen Temperatureinheit

Die internationale Einheit der thermodynamischen Temperatur ist das Kelvin. Diese Einheit ist eine Basiseinheit des Internationalen Einheitensystems. Festgelegt ist 1 Kelvin mit dem Einheitenzeichen K als der 273,16. Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers (Bild 39). Der Tripelpunkt ist der Temperaturpunkt von 0,00775°C, bei dem Eis, flüssiges Wasser und Wasserdampf bei einem Druck von 6,13283 mbar im Gleichgewicht stehen (Bild 41). Als Temperaturdifferenz ist 1 K der 100. Teil zwischen der Siedetemperatur des Wassers bei 1013 mbar (Normaldruck) und der Gefriertemperatur.

Aggregatzustände von Wasser

Bild 39: Aggregatzustände von Wasser in Abhängigkeit von Druck und Temperatur

Benannt wurde die Sl Einheit der thermodynamischen Temperatur nach dem englischen Physiker Lord Kelvin of Largs, dessen Name bis zu seiner Adelung im Jahre 1892 William Thomson (Bild 40) war. William Thomson wurde am 26. Juni 1824 in Belfast (Nordirland) geboren. Der Vater war MathematikProfessor an der Universität in Glasgow, seine Mutter war die Tochter eines Kaufmannes in Glasgow. Er hatte noch sieben Geschwister, davon einen Bruder, die alle vom Vater selbst unterrichtet wurden. Seine besondere Begabung und Auffassungsgabe zeigten sich sehrfrüh, so daß er bereits mitzehn Jahren an der Universität in Glasgow immatrikuliert wurde. Mit 16 Jahren ging er als Student nach Cambridge, wo er in allen Fächern hervorragende Leistungen zeigte. Thomson lehrte und forschte ab 1846 als Physik-Professor in Glasgow an der Universität. Man sagt, daß bei ihm eine für eine Stunde geplante Vorlesung oft drei Stunden dauerte.

Lord Kelvin of Largs (1824-1907)

Bild 40: Lord Kelvin of Largs (1824-1907)

Thomsons Interessen galten von jeher hauptsächlich der Thermodynamik und der Elektrizität. Untersuchungen der Wärme führten ihn zu der Erkenntnis einer tiefstmöglichen Temperatur, dem absoluten Nullpunkt der Temperatur. Diesen Temperaturpunkt von -273,15 °C machte er zum Ausgangspunkt einer neuen Temperatur und Thermometerskala. Zusammen mit dem englischen Physiker James Prescott Joule (1818 1889) entdeckte er den nach beiden benannten "Joule Thomson Effekt." Dieser besagt, daß sich ein reales Gas von genügend tiefer Temperatur abkühlt, wenn es sich ohne äußere Arbeitsverrichtung ausdehnt. Die Abkühlung erfolgt deswegen, weil bei der Ausdehnung eine innere Arbeit gegen die Kräfte der Moleküle des realen Gases verrichtet werden muß. Im Jahre 1856 erkannte Thomson den nach ihm benannten thermoelektrischen "Thomson Effekt", der beinhaltete, daß in einem homogenen elektrischen Leiter bei Vorhandensein eines Temperaturgefälles je nach dessen Richtung Wärme erzeugt bzw. entzogen wird, wenn ein elektrischer Strom fließt. Nicht zu verwechseln ist die "Thomson¬Wärme" mit der vom Widerstand und der Stromstärke abhängigen Jouleschen Stromwärme eines elektrischen Leiters. Weiter erkannte Thomson die Wärme als Energieform, die in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Mit Hilfe des Begriffes der Entropie als ein Maß für die Irreversibilität thermodynamischer Vorgänge stellte er parallel zu Rudolf Clausius (1822 1888) den 2. Hauptsatz der Thermodynamik auf, der besagt, daß alle Wärmekraftmaschinen nur einen Teil der Wärmeenergie, die sie einem warmen Stoff entziehen, in mechanische Arbeit umwandeln können. Den Rest dieser Wärmeenergie müssen sie stets wieder an einen kälteren Stoff abgeben.

Festlegung der SI-Einheit der thermodynamischen Temperatur

Bild 41: Festlegung der SI-Einheit der thermodynamischen Temperatur

Auf dem Gebiet der Elektrotechnik gehört die nach ihm benannte Kelvinsche Stromwaage zu den bedeutendsten Erfindungen. Diese ermöglichte die Bestimmung des Zusammenhanges zwischen mechanischer Kraft und Stromstärke. Anwendung fand die Stromwaage insbesondere zur Messung von elektrischen Strömen und zur Eichung von Strommessern. Zu nennen ist weiterhin die Entwicklung eines elektrostatischen Voltmeters, welches in der Lage war, die damals höchsten Spannungen von ca. 10 kV relativ genau zu messen. Außerdem verbesserte Thomson mehrere Meßverfahren und erfand zahlreiche weitere Meßgeräte, z. B. eine Meßbrücke zur genauen Bestimmung von sehr kleinen elektrischen Widerständen, die heute nach ihm als Thomson Meßbrücke bezeichnet wird (Bild 42). Über die Landesgrenzen hinaus wurde Thomson aber erst durch seine Mitarbeit an der Verwirklichung der ersten Seekabelverbindung zwischen Großbritannien und den USA bekannt. Erwareiner der geistigen Urheber dieses Projektes und hatte das Kabel berechnet. Die erste Meldung per Seekabel konnte am 17. August 1858 durch den Nordatlantik von Großbritannien nach den USA übermittelt werden. Zweifelsohne war diese Seekabelverbindung die größte technische Leistung des vorigen Jahrhunderts. Leider konnten aber nur ca. 700 Meldungen mit diesem Kabel von der einen Seite des Atlantiks zur anderen vorgenommen werden, da ein Defekt auftrat. Eine dauerhafte Fernmeldeverbindung durch den Atlantik konnte erst im Jahr 1866 zwischen beiden Kontinenten hergestellt werden, an deren Verwirklichung Thomson ebenfalls entscheidend beteiligt war.

Schaltung einer Thomson-Doppelmeßbrücke

Bild 42: Schaltung einer Thomson-Doppelmeßbrücke

William Thomson, nach seiner Adelung im Jahre 1882 Lord Kelvin of Largs genannt, starb am 17. Dezember 1907 in Netherhall bei Largs (Schottland) im 84. Lebensjahr. In Anerkennung seiner Leistungen als hervorragender und hochgeehrter Naturwissenschaftler des 19. Jahrhunderts fand er seine letzte Ruhestätte in der Westminster Abtei neben Sir Isaac Newton (1643 1727).