Temperaturskalen: Celsius, Kelvin und Fahrenheit

Um Celsius, Kelvin und Fahrenheit umzurechnen, brauchst du nur zwei Formeln: Kelvin ist Grad Celsius plus 273,15, und Fahrenheit ist Grad Celsius mal 1,8 plus 32. Alle drei Skalen messen dasselbe, nämlich wie warm oder kalt etwas ist. Sie haben nur unterschiedliche Nullpunkte und unterschiedlich große Schritte.

Die Celsius-Skala kennst du aus dem Alltag in Deutschland. Sie ist an Wasser angelehnt: Bei 0 Grad Celsius gefriert Wasser, bei 100 Grad Celsius siedet es, jeweils bei normalem Luftdruck. Zwischen diesen beiden Punkten sind 100 gleiche Schritte, die man Grad nennt. Der schwedische Astronom Anders Celsius hat sie im 18. Jahrhundert vorgeschlagen.

Die Fahrenheit-Skala benutzt man vor allem in den USA. Wenn dort der Wetterbericht 68 Grad meldet, ist das ein angenehmer Frühlingstag mit 20 Grad Celsius. Die Kelvin-Skala brauchen Forscher, denn sie beginnt am absoluten Nullpunkt, der tiefsten möglichen Temperatur. Kälter als 0 Kelvin geht es nicht, deshalb gibt es in Kelvin keine negativen Temperaturen.

Mit einem festen Ablauf passieren die wenigsten Fehler. Zuerst erkennst du, welche Skala gegeben ist und welche gesucht wird. Dann wählst du die passende Formel, setzt die Zahl ein und rechnest. Am Ende machst du die Probe mit einem bekannten Fixpunkt oder prüfst, ob das Ergebnis zur Wirklichkeit passt.

Ein Beispiel für die Plausibilität: Ein Zimmer hat 21 Grad Celsius. In Fahrenheit sind das 69,8 Grad. Käme dagegen 12 oder 150 heraus, hättest du sicher falsch gerechnet. Auch bei Kelvin hilft das Gefühl: Zimmertemperatur liegt bei rund 294 Kelvin. Ein Wert wie 21 Kelvin wäre eisig kalt, nur knapp über dem Siedepunkt von Wasserstoff bei etwa 20 Kelvin.

Merke dir außerdem die Rolle der Einheit. Bei Kelvin schreibt man nie „Grad“, sondern nur 300 K. Das Gradzeichen gehört zu Celsius und Fahrenheit. Das ist kein Schönheitsfehler: Es zeigt, dass Kelvin eine echte Einheit des Internationalen Einheitensystems ist, mit der man in Formeln rechnet, zum Beispiel bei Gasen.

Der häufigste Fehler betrifft Temperaturdifferenzen. Wird es von 20 auf 30 Grad Celsius wärmer, steigt die Temperatur um 10 Grad Celsius, und das sind genau 10 Kelvin. In Fahrenheit sind es aber 18 Grad, weil ein Fahrenheit-Schritt kleiner ist. Die Formel mit plus 32 darfst du nur auf Temperaturen anwenden, nie auf Unterschiede. Bei einem Unterschied rechnest du in Fahrenheit einfach mal 1,8.

Der zweite Fehler ist, bei Kelvin ein Gradzeichen zu setzen oder eine negative Kelvin-Temperatur zu erhalten. Bekommst du ein negatives Ergebnis in Kelvin, hast du dich verrechnet, denn unter dem absoluten Nullpunkt gibt es nichts. Beim Wetter ist minus 5 Grad Celsius völlig normal, in Kelvin sind es 268,15.

Der dritte Fehler ist die Verwechslung der Formeln. Manche rechnen 37 mal 1,8 und vergessen die 32, oder sie addieren 32 vor dem Malnehmen. Auch den Faktor 1,8 mit 0,8 zu verwechseln kommt vor. Hilfreich ist die Probe mit Fixpunkten. Ein witziger Sonderfall: Bei minus 40 sind Celsius und Fahrenheit gleich, denn −40 · 1,8 + 32 = −40.

Temperaturen begegnen dir ständig: Das Fieberthermometer zeigt 38,5 Grad Celsius, der Kühlschrank hält etwa 7 Grad Celsius, das Gefrierfach minus 18 Grad Celsius. Beim Wetter in den USA wirst du Fahrenheit sehen, in der Forschung und in der Technik Kelvin. Sonnenlicht von der Oberfläche der Sonne kommt von einer Fläche mit rund 5 800 Kelvin, Flüssigstickstoff hat etwa 77 Kelvin.

In der Klassenarbeit hilft dir eine kleine Gedächtnisstütze. Für Kelvin: plus 273,15, immer plus. Für Fahrenheit: erst mal 1,8, dann plus 32. Schreibe die Formel zuerst hin, setze danach die Zahl mit Einheit ein und notiere das Ergebnis mit der richtigen Einheit. Wenn du nur schnell abschätzen willst, rechnest du Celsius mal 2 plus 30 und bekommst eine grobe Fahrenheit-Zahl.

Wenn die Aufgabe nicht ausdrücklich nach Kelvin fragt, bleib bei Celsius. In Formeln für Gase und Wärme brauchst du aber Kelvin, weil der Nullpunkt dort eine echte Bedeutung hat. Merke dir daher die Regel: Differenzen darfst du in Celsius oder Kelvin angeben, Temperaturen in Gasformeln immer in Kelvin.