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1. Hauptsatz der Thermodynamik > 1. Hauptsatz der Thermodynamik für geschlossene Systeme:

Innere Energie, Wärme und Arbeit

WebinarTerminankündigung:
 Am 13.12.2016 (ab 16:00 Uhr) findet unser nächstes Webinar statt.
Gratis-Webinar (Thermodynamik) Innere Energie, Wärme, Arbeit
- Innerhalb dieses 60-minütigen Webinares wird der 1. Hauptsatz der Thermodynamik für geschlossene Systeme behandelt und auf die innere Energie, Wärme und Arbeit eingegangen.
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Es soll im Weiteren nicht mehr die Systemenergie $E$ betrachtet werden, sondern die innere Energie $U$, welche Teil der Systemenergie ist.

Methode

$E = E_{kin} + E_{pot} + \textbf{U}$

Unter der inneren Energie $U$ eines Systems versteht man den gesamten Energieinhalt des Systems, soweit er von dem inneren Zustand dieses Systems abhängt. Die innere Energie eines Systems besteht dabei im Wesentlichen aus

  • der thermischen Energie
  • der chemischen Energie
  • der Kernenergie.

Addiert man somit diese drei Energieanteile zusammen, erhält man die innere Energie eines Systems. Beachte: Zur inneren Energie eines Systems gehört nicht die potentielle Energie $E_{pot}$ (Energie der Lage im Gravitationsfeld) und auch nicht die kinetische Energie $E_{kin}$ (Bewegungsenergie) des gesamten Systems. 

Wärme und Arbeit

Man betrachtet ein geschlossenes ruhendes thermodynamisches System. Ein ruhendes System besitzt keine kinetische und keine potentielle Energie, man kann also die innere Energie $U$ bestimmen und diese ist gleich der Systemenergie $E$. Da es sich um ein geschlossenes (nicht abgeschlossenes) System handelt, kann Wärme $Q$ und Arbeit $W$ übertragen werden, jedoch keine Masse $m$. Wenn man dem geschlossenen System nun Wärme oder Arbeit zuführt bzw. entzieht, dann erhöht bzw. verringert sich die Energie des Systems. Diese Änderung der inneren Energie innerhalb des geschlossenen System wird folgendermaßen ausgedrückt:

Methode

$U_2 - U_1 = \triangle U = W + Q$

mit

$\triangle U = \text{Änderung der inneren Energie}$

$W = \text{Arbeit}$

$Q = \text{Wärme}$

Die innere Energie $U$ eines thermodynamischen Systems ist eine Zustandsgröße. D.h. wenn ein System reversibel ist, sich also nach Änderung seines Zustandes wieder in den ursprünglichen Zustand umkehrt, dann besitzt die innere Energie wieder den Anfangswert. Die innere Energie ändert ihren Wert durch Aufnahme bzw. Abgabe von Arbeit oder Wärme. Es ist allerdings extrem schwierig die innere Energie als Absolutwert zu bestimmen. Dies ist aber in den meisten Fälle auch gar nicht nötig, weil in der Thermodynamik nur die Änderung der inneren Energie eines Systems von Bedeutung ist.

In den folgenden Abschnitten soll gezeigt werden, wie sich die innere Energie $U$ eines geschlossenen System verändert, wenn man diesem Arbeit $W$ oder Wärme $Q$ zuführt.

Multiple-Choice
Die Energie, die dein Auto in Bewegung bringt, kommt aus der chemischen Energie im Benzin (or Diesel). Ein Kilogramm Benzin besitzt eine chemische Energie von ungefähr 44,4 Megajoule.

Wenn ein Kilogramm Benzin um 10 Meter hochgehoben wird...
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Autor: Jessica Scholz

Dieses Dokument Innere Energie, Wärme und Arbeit ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Thermodynamik.

Jessica Scholz verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
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