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Physik - Wärme

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Physik

Wärme

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Wärme ist die Energie, die allein aufgrund eines Temperaturunterschiedes zwischen System und Umgebung über die Systemgrenze tritt.

Wir haben bis hierhin kennengelernt, dass die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme die thermischen Zustandsgrößen Temperatur, Druck und Volumen eines geschlossenen Systems verändern. Diese Zustandsgrößen sind voneinander abhängig, beeinflussen sich also gegenseitig. Gezeigt haben wir das mit der Zustandsgleichung für ideale Gase.

Außerdem führt die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme (neben der Arbeit $W$) zur Änderung der inneren Energie eines geschlossenen Systems:

Methode

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$\triangle U = \triangle \textbf{ Q} + \triangle W$


Die Wärme wird mit dem Formelzeichen $Q$ ausgedrückt und in der Einheit Joule $J$ angegeben.

Methode

Hier klicken zum Ausklappen $ 1 J = 1 \frac{kg m^2}{s^2}$                     Einheit: Joule


Den Übergang der Wärme $Q$ über die Systemgrenzen wird Wärmezufuhr (positiv) bzw. Wärmeabfuhr (negativ) genannt. Ist die Wärmezufuhr größer als die Wärmeabfuhr so ist $\triangle Q > 0$, ansonsten $\triangle Q < 0$.

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Die Wärme fließt stets vom Ort hoher Temperatur zum Ort tiefer Temperatur. 

Beispiel

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Wir betrachten hierzu eine Karaffe mit heißem Tee gefüllt. Die Karaffe ist nicht wärmeisoliert, d.h. durch die Karaffenwand und die Öffnung kann Wärme abgegeben werden.

Wärmeabgabe beim offenen System
Wärmeabgabe beim offenen System

Hat der Tee zum Beispiel eine Temperatur von 50°C und die Umgebung (Raum in welcher die Karaffe steht) eine Temperatur von 20°C, so wird der Tee solange Wärme an die Umgebung abgegeben, bis Tee und Umgebung dieselbe Temperatur aufweisen. Da die Umgebung sehr groß ist im Vergleich zum Tee, wird der Tee also irgendwann die Temperatur der Umgebung annehmen. Umgebung und Tee befinden sich dann im thermodynamischen Gleichgewicht. 

In unserem Beispiel gibt also der Tee (Stoff) Wärme $Q$ ab. Das führt zu einer sinkenden Temperatur $T$ und damit zu einer Volumenabnahme $V$ und einer Druckabnahme $p$.