Kapitel 5: Wärmelehre 5.1 Temperatur und Wärme

Was ist Wärme ? Die Alltagserfahrung zeigt: Bringt man zwei Körper mit unterschiedlicher Temperatur in direkten Kontakt miteinander, so gleicht sich die Temperatur der Körper mit der Zeit an. Wärme ist eine Form der Energie, die von einem Körper auf einen anderen übertragen wird, wenn eine Temperatur- differenz zwischen den Körpern besteht. Erfolgt kein Wärmeaustausch mehr zwischen zwei Körpern, so stehen diese im thermischen Gleichgewicht. „Nullter Hauptsatz der Thermodynamik“: Stehen zwei Körper gleichzeitig im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten Körper, so stehen sie auch miteinander im thermischen Gleichgewicht.

Führt man einem Körper Wärme zu, so ändert er seine Länge bzw. sein Volumen. Die Größe der Änderung ist der zugeführten Wärmemenge proportional, materialab- hängig und wird durch den Längenausdehnungskoeffizienten des Materials a beschrieben. Wie kann man Temperatur messen ? Man braucht zwei reproduzierbare Referenzpunkte um eine Skala einzuführen und eine Eigenschaft, die sich mit der Temperatur ändert (z.B. die Länge oder das Volumen eines Materials, aber auch Widerstand, Farbänderung, ...).

Steckt in jedem Körper, der die Temperatur T hat, dieselbe Wärmeenergie ? NEIN ! Die Wärmemenge Q, die benötigt wird, um einen Körper der Masse m (und damit der Teilchenzahl n) von einer Temperatur T1 auf eine Temperatur T2 zu bringen, variiert je nach Material des Körpers. Diese Materialkonstante ist die Wärmekapazität C. Ihre Einheit ist J/K. Man gibt die Wärmekapazität eines Körpers entweder normiert auf seine Masse an (spezifische Wärmekapazität c) oder normiert auf seine Teilchenzahl (molare Wärmekapazi- tät Cm)

1) Wärmetransport durch Wechselwirkung zwischen Atomen/ Molekülen: Wärmeleitung Stab T1 > T2 Es wird Wärme aus dem heißen Reservoir in das kalte Reservoir fließen. Wir definieren daher den Wärmefluß I=DQ/Dt Es stellt sich auf dem Stab mit Querschnitt A eine ortsabhängige Temperaturverteilung ein, d.h. es gibt einen Temperaturgradienten DT/Dx. Dieser ist mit dem Wärmefluß über die Beziehung I=lADT/Dx verknüpft. Die Proportionalitätskonstante l heißt Wärmeleitfähigkeit.

Damit kann man sich auch einen Wärmewiderstand R definieren: DT=I/lA=:IR 2) Wärmetransport durch Massentransport: Konvektion quantitativ schwierig zu beschreiben... 3) Wärmetransport durch Strahlung: Experimentell: Stefan-Boltzmann-Gesetz Emissionsgrad