Clemens Simmer
Einführung
in die Meteorologie I
- Teil IV: Meteorologische
Zustandsvariablen -
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Gliederung der Vorlesung
0 Allgemeines I Einführung
II Zusammensetzung und Aufbau der Atmosphäre III Strahlung
IV Die atmosphärischen Zustandsvariablen V Thermodynamik der Atmosphäre
--- VI Dynamik der Atmosphäre
VII Atmosphärische Grenzschicht
VIII Synoptische Meteorologie
IV Die atmosphärischen Zustandsvariablen
IV.1 Luftdruck
IV.2 Windgeschwindigkeit IV.3 Temperatur
IV.4 Feuchte
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IV.3 Temperatur
1. Thermodynamische Systeme und Hauptsätze
2. Thermodynamische Potenziale und spezifische Wärmen
3. Temperaturänderung der Luft bei Vertikalbewegungen
4. Temperaturmessung
IV.3.4 Temperaturmessung
Temperaturskalen (u.a.):
Messprinzipien (u.a.):
– Temperatur eines Probekörpers im thermischen Gleichgewicht (direkte Messung)
– Strahlungsmessung und Interpretation nach Planckschem Strahlungsgesetz (Fernerkundung, Satelliten)
– Laufzeitmessung des Schalls (Fernerkundung) - Celsius-Skala: 0°C = 273, 15 K
100°C =373,15 K (kochendes Wasser bei 1013,25 hPa) - Fahrenheit-Skala: 0°F = -17,78°C (niedrigste von F. gemessene
Temperatur in Danzig) 100°F = 37°C (Körpertemperatur Mensch)
éë ùû= °F 9
5 éë ùû+ °C 32 , éë ùû= °C 5
9 ( éë ùû- °F 32 )
- Reaumur-Skala: 0°C = 0°R , 100° C = 80°R
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Direkte Messmethoden
i) Flüssigkeitsthermometer:
Prinzip: Ausdehnung von Flüssigkeiten bei
Temperaturänderungen
Quecksilber (Hg) 96% Alkohol
Schmelzpunkt, °C -38,8 -117
Siedepunkt, °C +359,7 +78
ii) Bimetallthermometer:
Prinzip: Unterschiedliche Ausdehnung zweier längs verlöteter Metallstäbe
iii) Thermoelement:
Prinzip: Verlöten zweier Metalle
mit unterschiedlichen Austrittsarbeiten für
Elektronen
1 + - 2 kleine große Austrittsarbeit
-
T
kT
w- + + + - - -
iv) Widerstandsthermometer:
Prinzip: Widerstand R von Metallen und Halbleitern hängt von der Temperatur ab.
R
T
T R
Metalle: R = R 0 (1+ aJ )
Halbleiter: R = R 0 e
b T
Messung mit Flüssigkeitsthermometer (1)
Aufbau:
T
KVolumen: V ( J ) = V ( J = 0° C )(1+ b
wJ ) mit J Temperatur in ° C
b
w(Hg ) = 18 ´ 10
-5K
-1® nur 1
100 des Volumens bei DT = 50K ® großer Flüssigkeitsbehälter
mit sehr dünn ausgezogenem Schaft Messung der Temperatur mussdie Wärmehaushaltsgleichung berücksichtigen
dU
dt = m c dT
Kdt = S F Änderung der inneren Energie U der Flüssigkeit erfolgt durch Wärmeflussdichte S, éë ùû = S W / m
2, über die Kugeloberfläche F
mit U = u m gesamte innere Energie der Flüssigkeit
m Masse der Flüssigkeit
c spezifische Wärmekapazität
der Flüssigkeit
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Messung mit Flüssigkeitsthermometer (2)
T
KT
LT
KK (1-ε
K)K
T
KT
WT
ST
KD.h. ist T
Kkon- stant, so ist T
Knicht unbedingt die Lufttempera- tur T
L, die man messen will!
mc F
dT
Kdt = S = S
ii=1