Grad Celsius
Abgeleitete SI-Einheit · Größe: Temperatur
01 · Definition
Der Grad Celsius ist dem Kelvin gleich: derselbe Schritt, ein verschobener Nullpunkt. Eine Temperaturdifferenz ergibt in beiden Skalen dieselbe Zahl, die Temperaturen selbst unterscheiden sich um genau 273,15.
Historisch war die Skala durch zwei Fixpunkte bestimmt: das Schmelzen des Eises und das Sieden des Wassers. Der untere hält fest — der Druck verschiebt ihn um Tausendstel Grad. Der obere hält gar nicht: Wasser siedet nur auf Meereshöhe bei hundert Grad, im Gebirge merklich früher. Deshalb hat die heutige Definition das Sieden aufgegeben und dem Celsius einen einzigen Anker gelassen: er ist über das Kelvin definiert, und das Kelvin seit 2019 über die Boltzmann-Konstante.
Eine Erwärmung von zwanzig auf dreißig Grad Celsius sind dieselben zehn Kelvin, und in der Wärmetechnik werden Differenzen in Kelvin geschrieben, gleichgültig in welcher Skala die Temperaturen selbst angegeben sind. Der Unterschied zeigt sich nur dort, wo die Temperatur für sich in eine Formel eingeht: im idealen Gasgesetz, in der Strahlung des schwarzen Körpers, im Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses. Dort Grad Celsius einzusetzen ist ein verbreiteter Fehler mit absurdem Ergebnis, denn all diese Gesetze zählen vom absoluten Nullpunkt an.
02 · Umrechnung
Geben Sie eine Temperatur ein — das Datenblatt legt sie über alle Skalen aus
Temperatur wird nicht mit einem Faktor umgerechnet, sondern mit Faktor und Verschiebung: jede Skala hat ihren eigenen Nullpunkt und ihre eigene Gradgröße. Deshalb geht in keinem Paar die Null in die Null über — außer beim Kelvin und dem Rankine.
Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala schneiden sich in genau einem Punkt: minus vierzig bedeutet in beiden dasselbe. Das folgt daraus, dass der Fahrenheit-Grad fünf Neuntel des Celsius-Grades misst, während die Nullpunkte um zweiunddreißig Teilstriche auseinanderliegen. Das Paar Kelvin — Rankine ist anders gebaut: es teilt den Nullpunkt und unterscheidet sich in der Gradgröße, deshalb ist sein Verhältnis konstant und beträgt eins Komma acht.
| Skala | Bezeichnung | Wert | Wo man ihr begegnet |
|---|---|---|---|
| K | Kelvin, die SI-Basiseinheit | 273,15 | Physik, Astronomie, Farbtemperatur |
| °C | Grad Celsius | 0 | Wetter, Medizin, Technik |
| °F | Grad Fahrenheit | 32 | USA, Bahamas, Belize, Kaimaninseln |
| °Ra | Grad Rankine | 491,67 | Wärmetechnik in den USA |
| °Ré | Grad Réaumur | 0 | Russland und Frankreich im 19. Jahrhundert, Käserei |
| °De | Grad Delisle | 150 | Russland im 18. Jahrhundert, die Skala verkehrt herum |
| °N | Grad Newton | 0 | der erste Versuch einer Skala, 1701 |
| K | Kelvin | 273,15 | Bezugspunkt zum Vergleich |
Kelvin und Celsius unterscheiden sich nur durch die Verschiebung, Fahrenheit zusätzlich durch die Gradgröße. In Formeln, in denen die Temperatur für sich und nicht als Differenz steht, taugt nur eine absolute Skala
03 · Größenordnungen
vom Nanokelvin bis zum SternkernSchmelzendes Eis, 0 °C
04 · Messgeräte
Womit man Grad Celsius misst
Die Säule aus Alkohol oder Galinstan steigt mit der Temperatur: die Skala wird nach zwei Fixpunkten aufgetragen und der Abstand gleichmäßig geteilt. Quecksilber ist aus Haushaltsgeräten durch das Minamata-Übereinkommen verdrängt worden, doch gerade Quecksilberthermometer bestimmten zwei Jahrhunderte lang, was als Grad zu gelten hatte.
Der Widerstand reinen Platins steigt mit der Temperatur vorhersagbar und wiederholbar, deshalb dient gerade dieses Thermometer als Normal im Bereich von Wasserstoff bis Silber. Ein industrielles Pt100 liefert bei null Grad genau hundert Ohm.
Die Lötstelle zweier verschiedener Drähte erzeugt eine Spannung von Millivolt, die von der Differenz zwischen der Temperatur der Lötstelle und der des Geräts abhängt. Es ist billig, klein und hält anderthalbtausend Grad aus, darum sitzt es in Öfen, Turbinen und Backröhren.
Es liest die Temperatur an der eigenen Infrarotstrahlung des Körpers ab, ohne ihn zu berühren. Die Anzeige hängt vom Emissionsgrad der Oberfläche ab: blankes Metall wird zu niedrig gemessen, und das ist die Hauptfehlerquelle der berührungslosen Temperaturmessung.
05 · Schreibregeln
Ein Leerzeichen vor dem Zeichen, und niemals „C°“
°C ist ein zusammengesetztes Zeichen: das Gradzeichen steht dicht am großen lateinischen C, während zwischen Zahl und Zeichen ein geschütztes Leerzeichen steht wie bei jeder anderen Einheit. Das Kelvin wird ganz ohne Gradzeichen geschrieben — dieses Beiwerk nahm man ihm 1967.
Das Gradzeichen ist ein eigenes Zeichen, U+00B0, keine hochgestellte Null und kein „o“. Unicode kennt auch die fertige Ligatur ℃ (U+2103), doch die Normen empfehlen, zwei Zeichen zu setzen: die Ligatur überträgt sich schlecht zwischen Schriften und stört die Textsuche. Negative Werte schreibt man mit dem Minuszeichen U+2212, nicht mit einem Bindestrich.
06 · Benachbarte Einheiten
Das Kelvin ist der Ältere der Familie: eine SI-Basiseinheit, von der sich Celsius nur durch die Lage des Nullpunkts unterscheidet. Fahrenheit lebt in drei Ländern sein eigenes Leben, Rankine ist eine absolute Skala mit dem Fahrenheit-Grad.
derselbe Grad, ein Nullpunkt tiefer
Alltagstemperatur
USA, Bahamas, Belize
Von den Datenblättern von Simetrium an den Grad Celsius grenzen Kelvin als Basiseinheit der Temperatur, Grad Fahrenheit und Grad Rankine — das angloamerikanische Paar, sowie Joule, über das die Temperatur mit der Bewegungsenergie der Teilchen zusammenhängt.
07 · Historischer Teil
Die Skala, die man nach dem Tod ihres Urhebers umdrehte
Anders Celsius setzte die Null auf das Sieden des Wassers und die Hundert auf das Schmelzen des Eises: je kälter, desto größer die Zahl. Die Logik war meteorologisch — in Uppsala kamen so negative Werte fast nie vor.
Ein Jahr nach dem Tod von Celsius kehrte man die Skala in die gewohnte Form um. Die Urheberschaft wird sowohl Linné zugeschrieben, der ein Thermometer für sein Gewächshaus bestellte, als auch Mårten Strömer, dem Nachfolger von Celsius an der Sternwarte; verlässliche Belege für einen von beiden gibt es nicht.
Bis 1948 hieß die Skala centigrade, doch im Französischen und Spanischen bedeutete dieses Wort ein Hundertstel des rechten Winkels. Die Generalkonferenz beendete die Doppeldeutigkeit und gab der Skala den Namen ihres Urhebers.
Zuerst wurde die Skala über den Tripelpunkt des Wassers neu definiert, dann legte die ITS-90 praktische Fixpunkte von Wasserstoff bis Kupfer fest, und 2019 wurde das Kelvin durch die Boltzmann-Konstante festgeschrieben. Das Sieden des Wassers hörte auf, Definition zu sein, und wurde zur bloßen Tatsache.
Der Nullpunkt der Skala ist nicht der Schmelzpunkt
Seit der Neudefinition über das Kelvin ist null Grad Celsius per Definition nicht mehr der Schmelzpunkt des Eises — es sind schlicht 273,15 K. Bei Normaldruck schmilzt Eis etwa ein Zehntausendstel Grad tiefer, und dieser Unterschied ist kein Messfehler, sondern die Folge davon, dass man die Definition von einem Stoff losgelöst hat. Das Wasser in der Tripelpunktzelle muss die Isotopenzusammensetzung des Ozeanwassers haben: schwere Isotope von Wasserstoff und Sauerstoff verschieben den Punkt um ein viertel Millikelvin, und die Norm schreibt die Zusammensetzung eigens vor. Seit 2019 ist auch das entfallen: das Kelvin ist durch einen Zahlenwert der Boltzmann-Konstante festgelegt, und die Tripelpunktzellen sind aus der Definition in den Rang von Gebrauchsnormalen gerückt, gleichrangig mit den Erstarrungspunkten von Gallium, Indium und Silber.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und die Nicht-SI-Einheiten, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede ein eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Messgeräte, Schreibregeln. In 4 Sprachen.
Abgeleitete SI-Einheiten mit eigenem Namen
Datenblatt des Grad Celsius geöffnetSI-Basiseinheiten
in Terrakotta — das Kelvin, aus dem Celsius durch Verschiebung hervorgehtAußer Gebrauch gekommene Temperaturskalen
Sprache des Datenblatts
4 Sprachen. Das Zeichen °C ist international, die gewohnte Alltagsskala aber nicht: in den Übersetzungen für die USA und Belize öffnet das Datenblatt mit der Umrechnung in Fahrenheit.