Wir hören täglich den Begriff „Temperatur“ – aber was ist damit genau gemeint? Was wir als angenehme Wärme auf der Haut empfinden, ist einerseits die Bewegungsenergie der Atome und Moleküle in der Luft, andererseits die von der Sonne in Form von Strahlung abgegebene Energie. Offensichtlich haben wir es hier mit zwei verschiedenen Energieformen – Strahlung und Bewegung – zu tun, denen wir eine „Temperatur“ zuordnen können.
Auf die Bewegung kommt es an
Was bestimmt nun diese Temperatur? Am einfachsten lässt sich dies für die Luft erklären. Bei angenehmen 25 Grad Celsius bewegen sich die Luftmoleküle mit Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit. Das sind rund 1.250 Kilometer pro Stunde und entspricht in etwa der Geschwindigkeit eines Flugzeugs. Glücklicherweise ist die Masse der Moleküle sehr gering, so dass wir die durch Stöße von ihnen abgegebene kinetische Energie nur als angenehme Wärme empfinden.
Entscheidend für die Bestimmung der Temperatur ist jedoch nicht die absolute Energie des einzelnen Moleküls, sondern die relative Verteilung der Energien aller Moleküle im Gas. Tatsächlich erstrecken sich diese Energien über einen weiten Bereich. So gibt es einige (verhältnismäßig wenige) Moleküle, die sich mit bequemer Fußgängergeschwindigkeit bewegen. Andere sind mit der Geschwindigkeit eines Düsenjägers unterwegs.
Entropie und Temperatur
Diese Unordnung des Gases wird durch seine Entropie – das Maß für die zur Verfügung stehende Information über die Bewegung aller einzelnen Moleküle – quantifiziert, und es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Entropie, Energie und der formalen Definition von Temperatur. Je geringer die Änderung der Entropie durch Änderung der Energie ist, desto höher ist die Temperatur des Gases.
