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Die absolute Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes und wird in Kelvin (K) gemessen. Der Nullpunkt dieser Skala ist der absolute Nullpunkt bei -273,15 °C, der theoretisch den Stillstand aller Teilchenbewegung und minimale Entropie bedeutet.
Die Temperatur eines Stoffes ist auf mikroskopischer Ebene ein direktes Maß für die mittlere kinetische Energie (Bewegungsenergie) seiner kleinsten Teilchen. Je schneller sich Atome oder Moleküle bewegen, desto höher ist die thermische Energie, die wir als Temperatur wahrnehmen. Diese mikroskopische Sichtweise ist Kern der kinetischen Gastheorie, die maßgeblich von Rudolf Clausius formuliert wurde. Eine zentrale Erkenntnis ist: Bei gegebener Temperatur besitzen die Moleküle aller Gase die gleiche durchschnittliche kinetische Energie, unabhängig von ihrer Art.
In der Physik und Chemie reicht die Celsius-Skala oft nicht aus, da ihr Nullpunkt (der Gefrierpunkt von Wasser) willkürlich gewählt ist. Stattdessen nutzen wir die absolute Temperatur, die auf der Kelvin-Skala gemessen wird. Die Einheit ist das Kelvin (K), wobei im Gegensatz zu Celsius kein Grad-Zeichen verwendet wird.
Der absolute Nullpunkt liegt bei 0 K. Dies entspricht einer Temperatur von -273,15 °C. An diesem Punkt kommt theoretisch jede thermische Eigenbewegung der Teilchen zum Stillstand; die Entropie als Maß der Unordnung erreicht ihren Minimalwert S = kB · ln 1 = 0. Der 3. Hauptsatz der Thermodynamik besagt jedoch, dass dieser Zustand praktisch unerreichbar ist – experimentell werden Temperaturen um 2·10⁻⁵ K angenähert. Die niedrigste natürlich vorkommende Temperatur liegt bei etwa 3 K (-270 °C), der Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Da es keine geringere Energie als den Stillstand gibt, kann die absolute Temperatur niemals negative Werte annehmen.
Die Umrechnung zwischen Celsius (ϑ) und Kelvin (T) ist linear: T = ϑ + 273,15. Für den MedAT kann oft mit dem gerundeten Wert von 273 gerechnet werden. Ein Temperaturunterschied von 1 K entspricht dabei exakt einem Unterschied von 1 °C; die Skalen sind also nur gegeneinander verschoben.
Zur Temperaturmessung stehen verschiedene Thermometertypen zur Verfügung, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen: Flüssigkeitsthermometer (z. B. Quecksilber), Gasthermometer, Bimetallthermometer (unterschiedliche Wärmeausdehnung von Metallen), Widerstandsthermometer und Thermoelemente, die eine temperaturabhängige Spannung erzeugen. Für berührungslose Messungen eignen sich Pyrometer, welche die emittierte Wärmestrahlung erfassen. (Im Gegensatz dazu messen Barometer den Druck, Hygrometer die Luftfeuchtigkeit.)
Praktisch bedeutet das: Die absolute Temperatur gibt die durchschnittliche kinetische Energie an, jedoch folgen die einzelnen Teilchen einer Geschwindigkeitsverteilung (Maxwell-Boltzmann-Verteilung). Bei höheren Temperaturen verschiebt sich das Maximum der Verteilung zu höheren Geschwindigkeiten, und die Kurve verflacht – die Geschwindigkeiten streuen breiter. Umgekehrt sind die Teilchen bei niedrigen Temperaturen stärker um geringere Geschwindigkeiten konzentriert.
Die Verwendung der Kelvin-Skala ist für die Gasgesetze essenziell, da viele physikalische Größen direkt proportional zur absoluten Temperatur sind. Verdoppelt man beispielsweise die absolute Temperatur eines idealen Gases bei konstantem Volumen, so verdoppelt sich auch der Druck. Mit Celsius-Werten würde diese einfache Rechnung nicht funktionieren.
Ein praktisches Fallbeispiel: Ein Gas befindet sich bei 27 °C. Um mit der Gasgleichung zu rechnen, muss dieser Wert in Kelvin umgewandelt werden. 27 + 273 = 300 K. Würde man die Temperatur auf 54 °C erhöhen, wäre dies keine Verdoppelung der thermischen Energie, da 327 K nicht das Doppelte von 300 K ist.
