Temperaturkoeffizient

Temperaturkoeffizient: Was bedeutet der Begriff?

Bei Wärme dehnen sich viele Materialien aus, ihr Volumen nimmt zu, bei Kälte steigt die Dichte. Die Eigenschaften jedes Elements und folglich auch jedes Materials verändern sich in Abhängigkeit von sinkenden oder steigenden Temperaturen. Der Temperaturkoeffizient erfasst diese jeweiligen relativen Änderungen, die bei Temperaturwechseln auftreten. Er wird auch Temperaturbeiwert genannt. In der Praxis betrifft das in der Regel Eigenschaften von Materialien wie den Druck, das Volumen, die Länge oder die elektrische Leitfähigkeit. Möglich sind aber auch andere Größen, die der Temperaturkoeffizient erfasst. Er hängt von der jeweiligen Bezugstemperatur ab. Diese Größe liegt im Allgemeinen bei 20 Grad Celsius. Meistens verlaufen die Änderungen nicht linear, verhalten sich demzufolge nicht proportional zueinander.

Wozu ist der Temperaturkoeffizient nötig?

Der Temperaturkoeffizient ist in erster Linie eine Größe, die mit einkalkuliert wird. Vor allem Ingenieure müssen ihn kennen und beachten. Brückenbauer z.B. beziehen die jahreszeitlich bedingte Ausdehnung und das Zusammenziehen von Stahl und Verbundbeton in ihre Planungen mit ein. Der Temperaturkoeffizient ist also eine Größe, mit der man rechnen muss. Sekundär findet er auch praktische Anwendung.

Beispiel elektrischer Widerstand

Der elektrische Widerstand ist ebenfalls temperaturabhängig. Entsprechend verändern sich mit Temperaturwechseln auch die Eigenschaften von elektronischen Bauteilen wie Widerständen und Leitungen. Das müssen Konstrukteure bei der Planung von Anlagen und Schaltungen mit einberechnen. Zum einen sind natürlich die Faktoren zu betrachten, die die Umgebungstemperatur des geplanten Apparats beeinflussen können. Wird er draußen betrieben oder treten im Gebäude größere Temperaturschwankungen auf? Andererseits beeinflusst der Anlagenbetrieb selbst die Temperatur. Mit dem Betrieb erwärmen sich die Schaltungen, was wiederum den Wert des Widerstandes ändert. Weil in diesem präzisen Bereich auch kleinste Änderungen große Auswirkungen haben können, verlangt der Temperaturkoeffizient unbedingte Einplanung.

Temperaturkoeffizient in der Photovoltaik: Gütefaktor für Solarmodule

In der Photovoltaik ist der Temperaturkoeffizient ein gewichtiger Wert. Denn er trägt dazu bei, die Qualität von Solarmodulen auszuweisen. Der Temperaturkoeffizient zeigt dabei an, wie stark der Leistungsabfall eines Moduls ist, wenn sich die Umgebung um ein Grad Kelvin abkühlt. Dieser Wert sollte sehr gering ausfallen. Immerhin nimmt die Leistungsfähigkeit von PV-Modulen bei sinkenden Temperaturen allgemein stark ab. Je kleiner also der Temperaturkoeffizient eines Moduls ist, umso geringer fällt der Wirkungsgradverlust bei Temperaturschwankungen aus.

Praktisch: Hier dient der Temperaturkoeffizient für nützliche Anwendungen

Eine einfache Anwendung verschiedener Temperaturkoeffizienten stellt der Bi-Metallstreifen dar. Zwei miteinander verschweißte Materialien dehnen sich bei Hitze unterschiedlich stark aus. Das führt zum Verbiegen des Streifens, der dadurch einen Kontakt zwischen zwei elektrischen Polen herstellt oder sich von einem solchen löst und den Stromkreis unterbricht. Der Streifen stellt z.B. in Bügeleisen und Wasserkochern sicher, dass sie sich bei Erreichen einer definierten Gradzahl abschalten. Widerstandsthermometer nutzen die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten von Materialien zur Bestimmung der Temperatur. Diese Differenz nutzen auch Thermistoren. Das sind elektrische Widerstände, die in der Schaltungstechnik als Heiß- oder Kaltleiter eingesetzt werden.

Temperaturkoeffizient berechnen

Die Berechnungen des Temperaturkoeffizienten gestalten sich kompliziert. Denn in der Regel verlaufen die Änderungen der physikalischen Stoffgrößen nicht linear. Einfach erklärt: Die Veränderungen nehmen nicht schrittweise mit jedem steigenden oder sinkenden Grad Celsius zu oder ab. So wird beispielsweise ein Brückenträger nicht etwa pro ein Grad Celsius Wärme einen Millimeter länger. Für die Praxis sind daher Tabellen vorrätig, die die Temperaturkoeffizienten aller wichtigen Elemente, Werkstoffe und elektronischer Bauteile enthalten.