So misst man physikalische Größen

Mag ich anklicken, wenn dieser Ratgeber hilfreich war
So misst man physikalische Größen

Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit bis hin zu Stromstärke, Spannung und Widerstand – physikalische Größen umgeben uns überall. Und das häufig, ohne dass wir es bemerken. Klar, wir haben alle schon einmal die Temperatur gemessen oder ein Stück Butter gewogen, doch was ist mit der Kraft eines Gegenstandes? Mit elektronischer Leistung? In diesem Ratgeber sollen Sie verschiedene physikalische Größen kennenlernen, die unseren Alltag maßgeblich beeinflussen. Die passenden Messgeräte für die jeweiligen Größen werden ebenfalls vorgestellt.

Basiswissen vorweg: Was sind physikalische Größen und was beschreiben sie?

Um zu verstehen, wie physikalische Größen uns umgeben, muss man als erstes verstehen, was physikalische Größen sind. Eine physikalische Größe ist eine in Zahlen bestimmbare Eigenschaft eines physikalischen Objektes, Vorgangs oder Zustands. Der Wert einer physikalischen Größe ergibt sich aus zwei Komponenten. Sie ist also ein Produkt aus einem Zahlenwert und einer Maßeinheit, zum Beispiel 1 Sekunde. Es gibt aber auch Größengleichungen, die eine physikalische Größe beschreiben.

Eine Größengleichung ist die mathematische Darstellung eines physikalischen Gesetzes, das Zustände und Änderungen in einem physikalischen System beschreibt. Was jetzt kompliziert klingt, ist an einem Beispiel einfach illustriert: Das physikalische Gesetz für Geschwindigkeit besagt, dass die Geschwindigkeit der Quotient aus Strecke und Zeit ist. So geht ein Mensch zum Beispiel 3 Meter pro Sekunde, oder ein Auto fährt 30 Kilometer pro Stunde. Die Größengleichung stellt dabei also den geltenden Zusammenhang zwischen verschiedenen physikalischen Größen dar. Die Platzhalter Strecke und Zeit im physikalischen Gesetz werden in der Größengleichung von realen physikalischen Größen und Zahlen ersetzt. Die Strecke wird entweder in Metern oder Kilometern angegeben, während die Zeit in Sekunden oder Stunden angegeben wird. Größengleichungen sind also unabhängig von den jeweils gewählten Maßeinheiten.

Die physikalischen Größen, die die Basis eines Größensystems bilden, werden Basisgrößen genannt.

Das Internationale Größensystem (ISQ) hat folgende sieben Basisgrößen:

  • Länge
  • Masse
  • Zeit
  • Stromstärke
  • Thermodynamische Temperatur
  • Stoffmenge
  • Lichtstärke

Während die beiden Letzteren eher wenig mit unserem Alltagswissen zu tun haben, sind die ersten fünf Basisgrößen auch in unserem Alltag ständig präsent.

Physikalische Größen im Alltag: So finden Sie die passenden Messgeräte für Ihre Zwecke

Physikalische Größen umgeben uns in jedem Lebensbereich und es liegt nur in der Natur des Menschen, sie klassifizieren und messen zu wollen. Doch nicht nur das – viele physikalische Größen müssen sogar regelmäßig gemessen werden, um sicherzustellen, dass alles funktioniert. So überprüfen wir unser Gewicht, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit, während der Abstandsmesser in unserem Auto den ganzen Tag nichts anderes machen, als Entfernungen zu messen. Auch die Geschwindigkeit spielt im Auto eine große Rolle. Wir haben im Folgenden einige Alltagsbereiche zusammengefasst, in denen das Messen physikalischer Größen eine Rolle spielt. Natürlich stellen wir Ihnen die passenden Messgeräte ebenfalls vor.

Die heimische Wetterstation: So messen Sie Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windstärke

In der heimischen Wetterstation sind Dinge wie Thermometer, Hygrometer und Barometer die Standards. Häufig sind sie sogar in einem Gerät verbaut. Doch was sagen diese Messgeräte eigentlich aus? Wir sind dem alltäglichen Mysterium auf den Grund gegangen.

Auf das Grad genau: Thermometer messen die Luft- oder Körpertemperatur

Thermometer sind Messgeräte zur Bestimmung der physikalischen Größe der Temperatur. Ein Thermometer besteht dabei immer aus zwei Komponenten: einem Temperatur-Sensor und einer Anzeigevorrichtung, die in Form einer Skala oder Zahlenangabe die Temperatur anzeigt.

Thermometer basieren auf sehr unterschiedlichen Maßnahmen, die Temperatur zu bestimmen. Viele basieren auf der Tatsache, dass sich verschiedene Flüssigkeiten, Gase oder Festkörper bei höheren Temperaturen ausdehnen. Andere Thermometer nutzen den Zusammenhang der elektrischen Leitfähigkeit bestimmter Materialien und der Temperatur, um diese zu messen.

Der Druck steigt: Mit Barometern wird der Druck gemessen

Der Luftdruck entsteht durch die Gewichtskraft der Luftsäule, die auf der Erdoberfläche oder auf einem sich auch ihr befindlichen Gegenstandes. Der Luftdruck wird in der Einheit Pascal gemessen, das Einheitenzeichen ist „PA“. In Deutschland und Österreich ist die Einheit Bar ebenfalls gesetzlich zugelassen.

Regionale Schwankungen des Luftdrucks sind maßgeblich am Wettergeschehen beteiligt. Sie führen so zur Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Das Messgerät für den Luftdruck ist im Heimbereich das Barometer, das den statischen Absolut-Hochdruck bestimmt.

Trockenzeit oder Regenperiode? Das Hygrometer misst die Luftfeuchtigkeit

Um die anteilige Luftfeuchtigkeit in der Luft zu messen, werden Hygrometer eingesetzt. Für das leibliche Wohl und die Langlebigkeit einiger Holzmöbel und Instrumente ist eine konstante und nicht zu trockene Luftfeuchtigkeit wichtig.

Zur Messung von Luftfeuchtigkeit gibt es unterschiedliche Varianten. Beim sogenannten Haarhygrometer werden Naturhaare oder Synthetikfasern eingesetzt, die sich bei Feuchtigkeit ausdehnen. Der Längenunterschied eines Haares oder einer Faser beträgt bei völliger Luftfeuchtigkeit von 0 Prozent und einer vollständig feuchtigkeitsgesättigten Luft von 100 Prozent etwa 2,5 Prozent. Preiswerte Hygrometer sind häufig mit einem mit Kunststoffen beschichteten, aufgerollten Metallstreifen versehen, die ebenfalls mit einer Längenausdehnung auf Luftfeuchtigkeit reagieren.

Diese Spiralhygrometer sind in der Regel jedoch nicht so präzise, wie ein Haarhygrometer.

Physikalische Größen am Steuer: Diese Größen sind im Auto von Bedeutung

Im Auto und im Straßenverkehr spielen natürlich viele physikalische Größen eine Rolle. Beschleunigungen und Fliehkräfte sind jedoch im Alltag nur schwer messbar. Direkt im Cockpit besitzt jedoch jedes Fahrzeug Messgeräte, die die wichtigsten physikalischen Größen messen. Drehzahl und Geschwindigkeit werden dort angezeigt. Doch wie genau werden sie gemessen? Das sollen Sie nun erfahren.

Zeit pro Strecke: So misst ein Tachometer die Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit eines Gegenstandes ergibt sich aus der zurückgelegten Strecke über einen bestimmten Zeitraum. Daher spricht man im Verkehr von km/h – also von Kilometern pro Stunde, die ein Fahrzeug zurücklegen kann. Im Auto wird die Geschwindigkeit in der Regel durch eine analoge Anzeige auf einer Skala durch die Tachonadel dargestellt. Meist ist in dem Tachometer auch ein Kilometerzähler, das sogenannte Odometer, eingebaut.

Während das Prinzip der Strecke per Zeit einfach klingt, ist das Messverfahren, das in Tachometern für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird, relativ komplex. Hier kommt genau wie beim Fahrradtachometer das Wirbelstromtachometer zum Einsatz. Dabei wird ein Dauermagnet in der Geschwindigkeit der Reifen gedreht, der in einer davor angebrachten Metallscheibe oder Glocke aus Aluminium magnetische Wirbelströme erzeugt.

 Je größer die Geschwindigkeit, desto stärker ist das Magnetfeld. Die angebrachte Scheibe wird dadurch ebenfalls bewegt. Sie ist drehbar gelagert und an einer Rückstellfeder befestigt. Diese wiederum ist mit einem Zeiger verbunden, der den Ausschlag des Tachometers auf einer festgelegten Skala im Cockpit anzeigt. Das Messprinzip des Tachometers basiert also auf einem Drehzahlmesser, um den es im nächsten Punkt gehen soll.

Drehzahlmesser garantiert einen optimalen Betriebsbereich des Motors

Im Maschinen- und Fahrzeugbau werden Drehzahlmesser eingesetzt, um die Drehzahl von Fahrzeugen zu überwachen und so einen schadenfreien, optimalen Betriebsbereich zu halten. Im Auto sind diese Bereiche in der Regel mit Markierungen versehen, die Anzeigen, ob der Motor in einem optimalen oder suboptimalen Drehzahlbereich gefahren wird.

Messtechnik im Heimwerkerbereich: So werden Winkel, Längen und Gewichte bestimmt

Im Heimwerkerbereich sind viele Geräte zur Bestimmung physikalischer Größen im Einsatz. Hier werden Längen bestimmt, Gewichte gewogen und Winkel ausgemessen. Doch mit welchen Messgeräten funktioniert das am Besten? Das erfahren Sie in den nächsten drei Punkten.

Vom Zollstock bis hin zum Lasermessgerät: So werden Längen und Winkel gemessen.

Längen spielen im Heimbereich immer wieder eine Rolle. Woher sollten wir sonst wissen, ob das neue Sofa im Geschäft in unser Wohnzimmer passt? Oder wie viele Bahnen Tapete benötigt werden? Um Längen zu messen, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Für genaueste Messungen im Millimeterbereich werden sogenannte Schieblehren eingesetzt, die kleinste Gegenstände genau ausmessen können. Bei Messungen im Raum gibt es neben den traditionellen Messgeräten wie Maßband oder Zollstock auch Lasermessgeräte, die Abstände auf den Zentimeter genau messen können. Laser eignen sich vor allem zum Ausmessen von Räumen, in denen Maßband und Zollstock an ihre Grenzen stoßen. Das Prinzip eines Lasermessgerätes ist einfach: Es sendet einen gebündelten Lichtstrahl aus und misst, die Zeit, die der Lichtstrahl braucht, um wieder zur Quelle reflektiert zu werden. Durch das Messen der Laufzeit kann über die Lichtgeschwindigkeit die Distanz zwischen Quelle und Objekt ermittelt werden.

Geodreieck, Laser und Wasserwaagen: So bestimmen Sie den richtigen Winkel

Beim Malern oder beim Zuschneiden von Bodenbelägen kommt es häufig auf den richtigen Winkel an. Am einfachsten zu bestimmen ist ein völlig gerader Winkel von null Grad. Dieser kommt dann zum Einsatz, wenn zum Beispiel ein Bild oder ein Regal waagerecht aufgehangen werden soll. Das richtige Hilfsmittel hier ist eine Wasserwaage, die mithilfe einer eingeschlossenen Luftblase zeigt, ob die Wasserwaage komplett gerade gehalten wird. Exakte Winkel lassen sich ebenfalls mit einem Geodreieck oder speziellen Lasermessgeräten bestimmen.

Spannung, Widerstand und Co: Physikalische Größen und Messgeräte in der Elektrotechnik

Die Elektrotechnik bestimmt unseren Alltag wie keine andere Wissenschaft. Hier wollen wir Ihnen in aller Kürze erklären, welche physikalischen Größen es hier gibt und wie sie gemessen werden. Die drei wichtigsten Größen sind dabei im Heim Spannung, Widerstand und die Stromstärke.

Die Spannung ist eine Größe, die feststeht. Beim Haushaltsstromnetz beträgt sie 230 Volt, im Auto sind es 12 Volt. Der Widerstand wird in Ohm gemessen. Ein Gerät mit geringem Verbrauch hat einen großen Widerstand, ein großer Verbraucher hat hingegen einen kleinen Widerstand.

Die Stromstärke ist das, was durch den Verbraucher fließt. Bei einem kleinen Widerstand eines großen Verbrauchers fließt also dementsprechend viel Strom. Die Stromstärke wird in der Einheit Amper gemessen.

Um so zum Beispiel den Verbrauch eines Gerätes zu messen, benötigen Sie ein Amperemeter, das in Reihe geschaltet werden muss. Das Gerät zur Messung von Spannung wird Voltmeter oder auch Spannungsmessgerät genannt. Spannungsprüfer können eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob eine Stromleitung Strom führt. Dies ist zum Beispiel beim Anbringen von Lampen von großer Wichtigkeit.

Möchten Sie Ihr Wissen weitergeben? Erstellen Sie Ihren eigenen Ratgeber… Verfassen Sie einen Ratgeber