Temperatur, Solarkonstante

Physikalisch gesehen ist die Temperatur ein Maß für die Energie von Materie und damit für deren Wärme.
Die Temperatur spielt für das Leben auf der Erde bekanntlich eine entscheidende Rolle, da sich bei zu hohen aber auch bei zu tiefen Temperaturen kein Leben, zumindest kein menschliches Leben, entwickeln bzw. langfristig erhalten kann.

Die ersten systematischen und relativ genauen Temperaturmessungen weltweit wurden 1706 in den Niederlanden vorgenommen. In Berlin hatte man 1719 mit der regelmäßigen Aufzeichnung der Temperaturen begonnen.
Die Messungen wurden mit den - von dem in Danzig geborenen Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) - entwickelten eichfähigen Thermometern vorgenommen.

Solarkonstante
Die gesamte Energie, die zu einer Erwärmung auf der Erde führt, stammt von der Sonne. Bei ihrer Bahn um die Sonne ändert sich der Winkel, unter dem das Sonnenlicht auf die Erde einstrahlt und damit auch der Sonnenstand über dem Horizont (Kimm). In der Regel ist dabei die einfallende Sonnenenergie pro Fläche umso größer, je höher die Sonne steht.
Ein Maß für die Energie, die uns von der Sonne erreicht, ist die Solarkonstante S₀ . Diese Größe gibt die Leistung pro m² der Erdoberfläche an. Dabei wird ein sekrechter Einfall der Sonnenstrahlung angenommen und die Absorption durch die Erdatmosphäre nicht berücksichtigt. Da 1 Watt gleich 1 Joule pro Sekunde ist, ergibt sich aus der Solarkonstanten auch die Energie pro m² und Sekunde. Ein Mittelwert für die Solarkonstante wurde im Jahre 1982 durch die Weltorganisation für Meteorologie in Genf festgelegt, und zwar unter der Annahme eines mittleren Abstand der Erde zur Sonne.

S₀ = 1.367 Watt/m²

S₀ = 1.367 Joule/m²·s

Globalstrahlung
Die Globalstrahlung spielt besonders für Betreiber einer Solaranlage eine große Rolle. Sie beschreibt im Gegensatz zur Solarkonstante u.a. unmittelbar die für eine Solaranlage wichtige Sonneneinstrahlung, die sowohl die direkte Sonneneinstrahlung wie auch die durch Wolken, Wasserdampf und Staub gestreute Diffusstrahlung beinhaltet. Die derzeitige Globalstrahlung besitzt in Deutschland an einem wolkenlosen Sommertag einen Wert von rund 900 Watt/m². Über das ganze Jahr hinweg aufaddiert ergibt sich daraus in Deutschland eine Energie pro m² zwischen 900 kWh/m² und 1.200 kWh/m². Da der elektrische Wirkungsgrad einer Solaranlage kaum über 20% liegt, folgt daraus durch Division durch 5 die mögliche jährliche elekrische Energie pro m² einer Solaranlage - also eine Energie zwischen 180 kWh und 240 kWh

Die Temperatur wird üblicherweise in Grad Celsius (°C) gemessen, - in einer Reihe von Ländern aber auch in Grad Fahrenheit (°F) oder seltener in Grad Reaumur (°R). In der Wissenschaft wird die Temperatur meist in Kelvin (nicht Grad Kelvin) angegeben

Celsius
Die Celsiusskala ist wurde mittels des Gefrierpunktes und dem Siedepunkt von Wasser unter Normbedingungen eingeteilt. Der Gefrierpunkt des Wassers entspricht dabei 0°C und der Siedepunkt 100°C, was 100 Skalenteilen entspricht. Das Grad Celsius ist nach dem Schweden Ånders Celsius (1701-1704) benannt, der diese Temperaturskala im Jahr 1742 einführte.

Fahrenheit
Bei der Fahrenheit-Skala wurde der Gefrierpunkt von Wasser mit 32° Fahrenheit (0° Celcius) und der Siedepunkt mit 212° Fahrenheit (100°Celcius) festgelegt - das entspricht einem "Abstand" von 180 Skalenteilen . Die Einheit Fahrenheit entstammt von Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 in Danzig-1736 in Den Haag), der die Skala 1714 eingeführt hatte.

Reaumur
Eine weitere, allerdings kaum noch gebräuchliche Skala, ist die Reaumurskala die von 0°R bis 80°R reicht. Sie wurde von dem französischen Naturforscher René Antoine Ferchault Réaumur (1683-1757) im Jahr 1730 eingeführt.

Kelvin
Die Kelvinskala beginnt bei dem absluten Nullpunkt von - 273,2 ....°C, der einer Temperatur von 0 K entspricht. Dann sind 0°C gleich 273, ..K.

Die Umrechnung von Fahrenheit in Celsius geschieht nach der folgenden Formel, bei der erst auf dem Nullpunkt der Celsiusskala reduziert wird, und zwar indem man den Wert in Fahrenheit um 32 erniedriegt, und dann mit dem Verhältnis der beiden Skalen, also mit 100/180 = 5/9 multipliziert:

°Celcius = (°Fahrenheit - 32) · 5/9

°Fahrenheit = °Celsius · 9/5 + 32

Die Umrechnung von Reaumur in Celcius ist etwas einfacher, da die Nullpunkte beider Skalen gleich sind:

°Celcius = °Reaumur· 5/4

°Reaumur = °Celsius · 4/5

In der Physik und einer Reihe anderer Wissenschaften rechnet man statt in °C oder Fahrenheit meist in Kelvin (nicht Grad Kelvin). Wobei die Kelvinskala von einem absoluten Nullpunkt von rund -273,2...°C ausgeht. Daher sind -273,2°C gleich 0 Kelvin. Die Umrechnung von der Celsiusskala in die Kelvinskala bzw. umgekehrt erfolgt daher wie folgt:

Kelvin = °C + 273,2

°C = Kelvin - 273,2

• Der Ort mit der höchsten mittleren jährlichen Temperatur von 34,4°C ist Dallo in Äthiopien.
• Der Ort mit der höchsten jemals gemessenen Temperaturdifferenz innerhalb kurzer Zeit ist Browning im USA-Bundesstaat Montana. Dort fiel die Temperatur innerhalb eines Tages von + 6,6 °C auf -48,9 °C, machte also einen Sprung von 55,5°C.
• Der bewohnte Ort mit der niedrigsten gemessenen Temperatur von -71,1°C ist Oymyakon in Jakutien im Nordosten von Sibirien. Diese Region gehört zu Russland. Am Rand des ca. 100 Einwohner zählenden Ortes befindet sich eine Steinsäule mit der Aufschrift: "Pol der Kälte"
• Die höchsten auf der Erde im Schatten gemessenen Temperaturen betrugen 58°C, sie wurden in San Luis Potoso in Mexiko sowie in Libyen (Al-Aziziyah) gemessen.
• Die niedrigste Temperatur, die bisher auf der Erde gemessen wurde, wurde am 10. August 2010 im Osten der Antarktis mit -93,2°C gemessen.
• Die niedrigste Temperatur in Deutschland wurde am 12. Februar 1929 in der Ortschaft Wolnzach-Hüll im heutigen Landkreis Pfaffenhofen in Bayern mit -37,8° C gemessen.
• Die höchste in Deutschland bisher gemessene Temperatur wurde am 25. Juli 2019 in Lingen im Emsland in Niedersachsen mit 42,6° gemessen.