Thermoelemente Typ K

Gast #6111159
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Hallo zusammen,

Ich bereite mich für eine Klausur vor. In einer Übungsaufgabe komme ich 
leider gar nicht zu recht. Ich finde leider keine Formeln im Skript und 
im Internet. Kann mir jemand vielleicht tipps geben?



Die Aufgabe lautet..

Ein Thermoelement Typ K wird zur Messung einer Abgastemperatur 
eingesetzt. Die gemessene Spannung Uth beträgt 19mV. Im Verwendeten 
Temperaturbereich können Sie eine Empfindlichkeit von 40µV/K 
voraussetzen.

a) Welche Abgastemperatur(°C) liegt vor, wenn die 
Vergleichsstellentemperatur 25 °C beträgt?


Vielen Dank im Vorraus

Mfg
Gast #6111168
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Was wird wohl "40µV/K" bedeuten?

K ist im Übrigen eine Temperatureinheit.

Einfach nachdenken und nicht alles fertig in einer Formelsammlung finden 
wollen.

Dann soll die Spannung 19 mV betragen. Wie wird das mit der obigen 
Angabe in Beziehung stehen?

Und dann soll der Spaß bei 25°C "starten". Wo wird er "enden"?

Die Angabe alleine enthält genug Information, um die Aufgabe zu lösen. 
Da muss man keine Formeln nachschauen, auch wenn man nichts über die 
zugrundeliegende Physik weiß. Scharf nachdenken reicht. (Geht halt nicht 
so schnell wie einfaches Nachschauen.)

Was weiters extrem hilfreich bei solchen Aufgaben ist, ist der Vergleich 
der Einheiten. Dafür stehen sie ja da.

Also dann viel Erfolg beim eigenständigen Denken!
Gast #6111175
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Wenn ich es nach den Einheiten berechne bekomme ich 475K raus, 
umgerechnet nach °C beträgt es 201,85°C. Da es ja bei 25°C anfangen 
soll, endet es dann bei 226,85°C.

Ist das richtig? bin echt verwirrt weil in der musterlösung 500°C steht, 
dass kann ja nicht sein.

mfg
Gast #6111185
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450 K Temperatur*unterschied* sind 450 °C Temperaturunterschide. Da gibt 
es nichts zum Umrechnen in Grad Celsius.

Umrechnen müsstest du nur wenn es um konkrete Temperaturen ginge.

Also sind 475 °C plus die vorhandenen 25 °C eben die 500 °C von der 
Musterlösung.

Aufgabe gelöst.
Gast #6111188
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verzweifelter Student schrieb:
> Kann mir jemand vielleicht tipps geben?

Was hat das mit Mikrocontrollern oder sonstiger Digitalelektronik zu 
tun?

verzweifelter Student schrieb:
> dass kann ja nicht sein

Warum nicht?

Stelle einfach die Geradengleichung für die Übertragungskennlinie T(U) 
auf.

> Wenn ich es nach den Einheiten berechne bekomme ich 475K raus,
> umgerechnet nach °C beträgt es 201,85°C.

Du solltest dich mal schlau machen, was diese 475K bei einem 
Thermoelement bedeuten, insbesondere wenn in der Aufgabe noch die 
Vergleichsstellentemperatur mit 25 °C angegeben ist.
#6111315
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Die Aufgabe ist nur dann einfach wenn man vorher weiß das K-Elemente 
immer nur den Temperaturunterschied ihrer Enden (Messspitze- 
Klemmstelle)ausgeben.
Keine reale Temperatur. Um einen realen Wert anzeigen zu können muß das 
Gerät noch einen internen Sensor haben um seine eigene Temperatur zu 
wissen. (natürlich keinen "Bimetallfühler" sondern einen der reale 
Temperaturwerte ausgibt)) Würde ihre Zuleitung verlängert müsste diese 
Referenztemperatur an der Anschlußstelle gemessen werden.
#6111503
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A. H. schrieb:

> Um einen realen Wert anzeigen zu können muß das
> Gerät noch einen internen Sensor haben um seine eigene Temperatur zu
> wissen. (natürlich keinen "Bimetallfühler" sondern einen der reale
> Temperaturwerte ausgibt)

Ältere, analoge Temperaturmessgeräte hatten durchaus ein eingebautes
Bimetallthermometer zur Anzeige der Temperatur der Vergleichsstelle.
Gast #6111519
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Harald W. schrieb:
> Ältere, analoge Temperaturmessgeräte hatten durchaus ein eingebautes
> Bimetallthermometer zur Anzeige der Temperatur der Vergleichsstelle

Das hilft auch niemandem weiter, der in der Grundschule die 4 
Grundrechnungsarten nicht gelernt hat. Und solche Defizite zu beheben 
ist wirklich nicht Aufgabe einer Universität, da wird Multiplizieren 
vorausgesetzt, und das mit Recht.

Georg
Gast #6111537
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1234567890 schrieb:
> Die Angabe alleine enthält genug Information, um die Aufgabe zu lösen.
> Da muss man keine Formeln nachschauen, auch wenn man nichts über die
> zugrundeliegende Physik weiß. Scharf nachdenken reicht.

Da muss ich widersprechen. Wenn man keine Ahnung von der Physik hat, 
könnte man auch annehmen, dass die 25°C einfach eine überflüssige Angabe 
sind und die Angaben 19 mV und 40 uV/K zur Lösung ausreichen.
#6111554
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c r schrieb:
> könnte man auch annehmen, dass die 25°C einfach eine überflüssige Angabe
> sind und die Angaben 19 mV und 40 uV/K zur Lösung ausreichen.

Unsinn. Das ist offensichtlich eine Steigung und eine Differenz auf 
der x-Achse.

Für die komplette Berechnung fehlt dann noch der X Startpunkt (25°C).

Wer keine Ahnung von Physik oder Mathematik hat, besteht auch kein 
Studium.
Gast #6111582
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c r schrieb:
> Da muss ich widersprechen. Wenn man keine Ahnung von der Physik hat,
> könnte man auch annehmen, dass die 25°C einfach eine überflüssige Angabe
> sind und die Angaben 19 mV und 40 uV/K zur Lösung ausreichen.
So ist es.
Wenn seine hirntechnische Sensitivität dann nicht über das seltsame Wort 
"Vergleichsstellentemperatur" stolpert und das Unbehagen über diese 
"überflüssigen" 25 Grad ausbleibt, hat man anscheinend nicht genug 
Neugier, um physikalisch tätig werden zu wollen ;)
Gast #6111605
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verzweifelter Student schrieb:

Vermutlich hast du versucht, diesen Satz von Wikipedia unter zu bringen: 
"Die Kelvin-Skala ist gegenüber dem Grad Celsius (°C) um exakt 273,15 K 
verschoben". Das ist hier aber der falsche Ansatz.

Dein Sensor hat einen Temperatur-Koeffizent von 40µV/K. Damit ist 
gemeint, dass er für jedes Grad mehr Temperatur 40µV mehr liefert. Diese 
Angabe bezieht sich keineswegs auf den aktuellen Nullpunkt!

Themometer mit diesen Sensoren arbeiten oft im Differenzverfahren. Sie 
vergleichen den Messwert mit einem identischen Sensor bei einer 
gewöhnlichen Temperatur.

19mV / 40µV/K = 475K

Da dein Ausgangspunkt 25°C ist, hat der Sensor daher 25°C + 475K = 500°C 
gemessen. Ist doch ganz simpel!
Gast #6111624
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Mal angenommen, die 25° sind überflüssig, weil keine relative Messung 
durchgeführt wurde, dann geht das so:

Laut Wikipedia liefern diese Sensoren 52,410 mV bei 1300 °C mit einer 
Empfindlichkeit von etwa 40 µV/°C oberhalb 0 °C.

Bei 25°C wäre die absolute Spannung also 52,410mV - (1300°C-25°C)*40µV/K 
= 1,41mV.

Die Messung war 19mV, ergo: (19mV - 1,41mV) / 40µV/K = 439,75K über 25°C 
= 464,75°C.

Rein Physikalisch ist dieses Szenario aber unmöglich, weil diese 
Sensoren Spannung aus einer Temperaturdifferenz her erzeugen. Eine Seite 
muss wärmer sein, als die andere, damit Spannung entsteht. Also ist die 
messung zwangsläufig relativ zu irgendeinem Vergleichswert.
Gast #6111633
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Jim M. schrieb:
> Unsinn. Das ist offensichtlich eine Steigung und eine Differenz auf der
> x-Achse.

Logisch, wenn man es nicht besser weiß ist es aber auch naheliegend, 
dass der Startpunkt bei 0K liegt. Die Einheiten lassen das ohne weiteres 
zu.

Jürgen S. schrieb:
> Wenn seine hirntechnische Sensitivität dann nicht über das seltsame Wort
> "Vergleichsstellentemperatur" stolpert und das Unbehagen über diese
> "überflüssigen" 25 Grad ausbleibt, hat man anscheinend nicht genug
> Neugier, um physikalisch tätig werden zu wollen ;)

Absichtlich überflüssige Angaben zur Verfügung zu stellen ist Alltag in 
der Schule/im Studium, weil man sonst eben bei einfachen Aufgaben ohne 
jedes Vorwissen nur über die Einheiten auf die Lösung kommen könnte. Es 
ist also legitim anzunehmen, dass eine unnötige Angabe in der 
Aufgabenstellung enthalten ist.

Nur mit diesem Wissen:

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Damit ist gemeint, dass er für jedes Grad mehr Temperatur 40µV mehr
> liefert. Diese Angabe bezieht sich keineswegs auf den aktuellen
(absoluten?)
> Nullpunkt!
>
> Themometer mit diesen Sensoren arbeiten oft im Differenzverfahren. Sie
> vergleichen den Messwert mit einem identischen Sensor bei einer
> gewöhnlichen Temperatur.

Ist die Aufgabe zu lösen.
Gast #6112268
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Hallo,

Für die die es richtig juckt, ich bin im ersten Semester. Studiere 
Maschinenbau Fachrichtung Fertigungstechnik.

Ich hab mir von Kommilitonen die im höheren Semester sind eine 
altklausur besorgt. Die gestellte Aufgabe hat mir Probleme bereitet weil 
sowas nicht in der Vorlesung angesprochen wurde und im Skript nichts zu 
finden war. Die Einheit “K” hat mich etwas irritiert.

Danke an alle die weitergeholfen haben.

Schönen Abend noch
Gast #6112306
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c r schrieb:
> Absichtlich überflüssige Angaben zur Verfügung zu stellen ist Alltag in
> der Schule/im Studium, weil man sonst eben bei einfachen Aufgaben ohne
> jedes Vorwissen nur über die Einheiten auf die Lösung kommen könnte. Es
> ist also legitim anzunehmen, dass eine unnötige Angabe in der
> Aufgabenstellung enthalten ist.
Mag sein, daß solche Fallen mehr gestellt werden als früher.

Aber in diesem Fall wäre es Unsinn, Überflüssigkeit anzunehmen. Da von 
einer "Vergleichsstellentemperatur" die Rede ist und die einzige 
Temperatur neben der Temperatur des Thermoelementkontakt selbst eben 
diese 25 Grad sind.
Wenn also ein Vergleich  möglich sein soll, dann nur durch Einbeziehung 
dieser 25 Grad, denn es gibt keine andere Angabe.
Das gebietet allein die (sprachliche) Logik.

Hätte man die Physik von Thermospannungen verstanden, ist es noch 
einfacher, man kann dann abstrahieren und es gelingt dann auch, die 
ganze Geschichte als lineare Gleichung mit Steigung und Offset 
mathematisch wahrzunehmen und die Lösung zu finden.

Die Referenzstellentemperatur ist bei Thermoelementen das A und O, das 
physikalisch verstanden werden muß. Sonst baut man an einer Stelle ein 
anderes Material ein oder mißt auf der Platine des Meßverstärkers an 
räumlich oder temperaturmässig weit auseinanderliegenden Punkten.
Gast #6112624
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verzweifelter Student schrieb:
> Die Einheit “K” hat mich etwas irritiert.

Relativ betrachtet ist ein K identisch mit ein °C. Und diese Sensoren 
arbeiten relativ. Sie messen den Temperaturunterschied von einem Ende 
des Kabels bis zum anderen. Das gesamte Kabel ist der Sensor.

Das ist so als ob du die linke Hand in einen Eimer kaltes Wasser 
steckst, und die rechte in einen Eimer warmes Wasser. Dass sagst du: Ich 
fühle eine Differenz von 30 Grad (oder 30 Kelvin).
Gast #6112715
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Hi,
>fühle eine Differenz von 30 Grad (oder 30 Kelvin)
nein, wenn du in der Schule aufgepasst hättest müsstst du sagen:
"fühle eine Differenz von 30 Kelvin"
Differenzen werden immer in °Kelvin angegebeben.
Habe ich jedenfalls so 1977 gelernt und meine jedenfalls es gilt noch. 
;-)

Viel Erfolg, Uwe
Gast #6112825
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Roland F. schrieb:
> Hallo,
> hinz schrieb:
>> Gibts seit 1967 nicht mehr.
>
> Zitat:
> "Heute wird bei der Angabe von Temperaturdifferenzen in Deutschland
> normgerecht nach DIN 1345 nur noch die Einheit Kelvin empfohlen. Bei der
> Angabe von Differenzen von Celsius-Temperaturen darf jedoch laut DIN
> 1301-1 auch der Grad Celsius verwendet werden."
>
> aus:
> https://de.wikipedia.org/wiki/Grad_%28Temperatur%29


Eben kein °K mehr.
Gast #6113117
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c r schrieb:
> Das kommt dir nur so vor, weil DU weißt, dass eine Vergleichstemperatur
> aufgrund des Messprinzips notwendig ist und in die Berechnung einfließen
> muss.
Hatte ich berücksichtigt.
Die Ausgangssituation war so, daß er sich vorbereiten wollte. Er saß 
nicht bereits in einer Klausur und mußte dann bestürzt feststellen, daß 
er von Thermoelementmessung keine Ahnung hat.

In diesem Sinne - und besonders, wenn man ganz blank bei dem Thema ist - 
hätte es die sprachliche Logik geboten, nachzuschlagen, was zum Teufel 
eine Vergleichsstellentemperatur da zu suchen hat. Danach hätte er es 
verstanden, daß sie eine Rolle spielt.

Sicher hätte man als Falle auch die kosmische Hintergrundstrahlung ins 
Spiel bringen können. Dann hätte er ebenfalls nachschlagen müssen, 
allerdings festgestellt, daß die wirklich keine Rolle bei der konkreten 
Problemstellung spielt.
#6113127
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Jürgen S. schrieb:

> Er saß
> nicht bereits in einer Klausur und mußte dann bestürzt feststellen, daß
> er von Thermoelementmessung keine Ahnung hat.

Bei einem Maschinenbauer würde ich das Wissen über Thermoelemente
nicht unbedingt voraussetzen. Allerdings glaube ich auch nicht,
das eine solche Frage in einer Klausur gestellt wird, ohne das
einem Thermoelemente nicht vorher in einer Vorlesung vorgestellt
wurden.
Gast #6113240
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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Sie messen den Temperaturunterschied von einem Ende
> des Kabels bis zum anderen. Das gesamte Kabel ist der Sensor.

Den letzten Satz solltest du ganz schnell streichen. Mach einfach mal 
das Experiment und erwärme das Kabel in der Mitte. Da passiert gar 
nichts (außer dass es warm wird).

Die Spannung entsteht an den Kontaktstellen der beiden Metalle und die 
Messgröße ist die Differenz dieser beiden Kontaktspannungen.
Gast #6113246
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> Sie messen den Temperaturunterschied von einem Ende
> des Kabels bis zum anderen. Das gesamte Kabel ist der Sensor.

Wolfgang schrieb:
> Den letzten Satz solltest du ganz schnell streichen.> Mach einfach mal das Experiment und erwärme das Kabel
> in der Mitte. Da passiert gar nichts (außer dass es warm wird).

Logisch, wenn du nur die Mitte heiß machst, hast du keinen 
Temperaturunterschied von einem Ende zum Anderen.
Gast #6113624
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Joggel E. schrieb:
> Ein verdrilltes Kabel zu Waermen bringt nichts.

Doch

Wie gesagt ist das ganze Kabel der Sensor. Es meldet die 
Temperaturdifferenz zwischen seinen beiden Enden.
1
 ___________
2
|           |
3
| Messgerät |==========================================o
4
|___________|
5

6
            ^                                          ^ 
7
            |                                          |
8
           Ein Ende                                 Das andere Ende
Gast #6113710
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Die Frage des TO ist ja längst beantwortet. Deshalb nur noch ein Beitrag 
zur Frage, wie/wo die Thermospannung tatsächlich entstehen: in der 
DPG-Mitgliederzeitschrift (Physkalische Blätter bzw. Physik Journal) gab 
es mal einen Reprint von einem Fachartikel zu dem Thema. Ich hoffe, 
folgender Downloadlink funktioniert:
http://phydid.de/index.php/phydid/article/view/28/28

Ansonsten einfach nach dem Titel Googeln: "Thermospannungen viel genutzt 
und fast immer falsch erklärt"

Dort wird detailliert vorgerechnet: die Thermospannungen entstehen 
tatsächlich nicht an der Kontaktstelle (wie häufig auch in Lehrbüchern 
zu lesen) sondern der Spannungsgradient entsteht längs des 
Temperaturgradienten - also längs der Leitung.

An der Kontatkstelle existiert zwar tatsächlich eine Kontaktspannung, 
die meist sogar wesentlich höher ist als die Thermospannung. Diese 
innere Kontaktspannung ist jedoch (aufgrund von Kompensation der 
Kontaktstellen) extern praktisch nicht messbar.

Die tatsächlich Quelle für die Thermospannung ist der Diffusionsprozess 
der Ladungsträger längs der homogenen Leitung, bei der eine thermische 
Asymmetrie entlang des Leiters zu einer elektrischen Asymmetrie führt.

Wer die Rechnung im den Artikel betrachtet, wird schnell nachvollziehen, 
warum diese physikalisch korrekte Betrachtung nicht als 
Standarderklärung im Schulunterricht/im Studium/in vielen Lehrbüchern 
verwendet wird. Und warum die vollständige physikalische Beschreibung 
für die richtige Anwendung von Thermoelementen auch kaum nötig ist. Denn 
wenn man die interessierende Schleifenspannung berechnet (d.h. über den 
elektrischen Gradienten entlang des thermischen Gradienten 
aufintegriert) kommt tatsächlich dasselbe raus, wie wenn man sich kleine 
"Thermospannungsgeneratoren" an den Kontaktstellen vorstellt (auch wenn 
diese in der Realität nicht vorhanden sind).

Die Betrachtung von Spannungssprüngen, die an den Kontaktstellen 
auftreten, ist also zwar eigentlich physikalisch falsch, kann aber als 
eine Art Ersatzschaltbild benutzt werden, mit dem sich die gemessene 
Schleifenspannung ebenso gut berechnen lässt wie mit der physikalisch 
richtigen, aber deutlich komplizierteren Beschreibung.
Gast #6113732
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Bob schrieb:
> Besser man nimmt gleich Thermoelemente vom Typ C, die messen die
> Temperatur sofort in °C.
Ah,so ist das. Dann sollten die Angelsachsen Thermoelemente vom Typ F 
verwenden, weil die die Temperatur sofort in Fahrenheit messen?
Wieder was gelernt.
#6113933
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Aua Aua Aua, wollte mich eigentlich raushalten, aber ...
Das Thermolelement integriert die Temperaturdifferenzen über seine 
Länge.
Jedes Stück Leiter (Metall) erzeugt eine Spannung, wenn es einer 
Temperaturdifferenz ausgesetzt ist, siehe Seebeck-Effekt. Wie groß die 
Spannung ist, hängt von dem Leitermaterial und den Temperaturen ab.
Ein Thermoelement (nach Norm) besteht aus zwei verschiedenen 
Leitermaterialien, mit definierten, unterschiedlichen 
Seebeckkoeffizienten.

Man kann sich eine Thermoelementleitung vorstellen als eine 
Serienschaltung von vielen kleinen Spannungsquellen je Leiter.
Der Betrag der Spannung hängt ab von der Richtung und den 
Temperaturdifferenzen (jetzt ja 'diskret' ) und des Materials (und der 
absoluten Temperatur). An den Endpunkten der Thermoelementes ensteht 
also keine Spannung! Dort werden lediglich zwei Reihen von 
Spannungsquellen miteinander verbunden, bzw deren Summenspannung 
gemessen.

Die in den Standards festgelegten Tabellen und Formeln beziehen sich 
immer auf eine Vergleichstellentemperatur von 0°C.  Daher ist die 
'korrekte' Methode zur Temperaturberechnung:
1. Berechnung der Spannung, die das verwendete TC erzeugen würde, wenn 
man von einer Vergleichstelle bei 0°C die tatsächliche Vergleichstelle 
messen würde)
2. Berechnung der Summenspannung aus 1. und der an der Vergleichsstelle 
gemessenen Spannung
3. Berechnung der Temperatur aus der Summenspannung

Nur wenn man vereinfacht über den betrachteten Temperaturbereich 
konstante Seebeckkoeffizienten annimmt, darf man die Temperaturen 
addieren.

Sehr ausführlich nachzulesen z.B.unter
https://www.semanticscholar.org/paper/Manual-on-the-Use-of-Thermocouples-in-Temperature-Park-Carroll/7e5f665a63814b6ed0c1b5d2722bb46cc3f6454d

Zitat: "Regardless of how many facts are presented herein and regardless 
of the percentage retained, all will be for naugth unless one simple 
fact is kept firmly in mind. The thermocouple reports only what it 
"feels." This may or may not the temperature of interest." :)

Gruß Henrik

Edit: Geschrieben mit Unterbrechungen... da war schon jemand vor mir da 
:)
Gast #6114173
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Dieter W. schrieb:
> Es wird ausschließlich an der Kontaktstelle von unterschiedlichen
> Metall-Legierungen eine temperaturabhängige Spannung erzeugt.

Nein, du liegst falsch. Auch wenn dieser Fehler weit verbreitet und 
beliebt ist, weil er diese falsche Betrachtung als Ersatzschaltbild so 
schön funktioniert.

Lies dir halt einfach mal die oben verlinkte Quelle durch...

Achim S. schrieb:
> Ich hoffe,
> folgender Downloadlink funktioniert:
> http://phydid.de/index.php/phydid/article/view/28/28
>
> Ansonsten einfach nach dem Titel Googeln: "Thermospannungen viel genutzt
> und fast immer falsch erklärt"
Gast #6114217
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Ich glaube, wir haben es jetzt oft genug wiederholt erklärt. Wer es 
nicht glauben will soll halt an was anderes glauben.

Eventuell möge derjenige dann auch bitte den angeblich fehlerhaften 
Wikipedia Artikel korrigieren, aber bitte mit Name, Begründung und 
Referenzen, damit das ganze auch Hand und Fuß hat.

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