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In der Physik, insbesondere in der Thermodynamik wird die Wärme als Beitrag von Energie als Ergebnis einer chemischen oder nuklearen Reaktion und übertragen zwischen zwei Systemen oder zwischen zwei Teilen des gleichen Systems transformiert definiert. Diese Energie ist nicht auf eine Arbeit oder eine Umwandlung zwischen zwei verschiedenen Arten von Energie zurückzuführen. Wärme ist daher eine Form von übertragener Energie und keine Form von Energie, die als innere Energie enthalten ist.

Beim Austausch der Energie wird die Wärme im internationalen System in Joule gemessen. In der Praxis ist es jedoch immer noch oft als Maßeinheit der Kalorien verwendet, die als die Wärmemenge, um die Temperatur von einem Gramm destilliertem Wasser, unterzogen, um den Druck von 1 atm von erforderlichen definiert ist ging zu erhöhen 14,5 bei 15 ° C, 5 ° C Manchmal werden auch rein technische Einheiten wie kWh oder BTU verwendet.

Wärme und Arbeit sind Formen von Energie, die nicht mit dem Zustand des Systems, dh mit seiner Gleichgewichtskonfiguration, in Verbindung gebracht werden können; insbesondere werden beide Energieformen in dem Moment erkannt, in dem sie sich bewegen, sie fließen. Die Arbeit identifiziert den Moment, in dem die Kraft verändert wird. Mit anderen Worten, Workflows werden in dem Moment ausgeführt, in dem sie produziert werden; genauso wie die Wärme nur im Moment ihrer Übertragung erkannt wird.

Wärmeeinwirkung

Die Effekte der Wärmeübertragung werden durch den ersten Hauptsatz der Thermodynamik in seiner allgemeinsten Form beschrieben:

ΔE = Q - W

& Dgr; E Wo eine Änderung irgendeine Form von Energie anzeigt (wie interne Energie, kinetische Energie oder potentielle Energie) stellt Q Wärme und W zeigt die Arbeit (Volumenänderung oder isochore). Die Folgen der Wärmeübertragung können hauptsächlich auf zwei Arten beruhen: Energievariation oder Arbeitsaustausch.

Eine besondere Form von Energie, die nach dem Durchgang von Wärme verändert werden kann, ist die innere Energie; Die Variation der inneren Energie kann unterschiedliche Konsequenzen haben, einschließlich einer Temperaturänderung oder einer Änderung des Aggregatzustands.

Wenn die Wärmeübertragung zu einer Änderung des Aggregatzustands führt, wird diese Wärme als latente Wärme bezeichnet, während, wenn die Wärmeübertragung zu einer Abnahme der Temperaturdifferenz führt (weil die beiden Systeme oder zwei Teile desselben Systems neigen dazu, ein thermisches Gleichgewicht zu erreichen. Wir sprechen von fühlbarer Wärme.

Die klassische Formel der fühlbaren Wärme ist:

Q = c · m · ΔT

während die latente Wärme ist:

Q = λ · m

Schließlich wird, wenn die Wärmeübertragung sowohl eine Abnahme der Temperaturdifferenz als Phasenwechsel beteiligt, diese Wärme kann als die Summe von zwei Beiträgen berücksichtigt werden: ein Beitrag zum fühlbaren Wärme und die damit verbundenen Beitrag im Zusammenhang die latente Wärme.

Zum Beispiel wird die Zunahme der Wassertemperatur von 20 ° C auf 50 ° C unter Standardbedingungen (dh bei einem Druck von 1 atm) durch die Tatsache bestimmt, dass fühlbare Wärme bereitgestellt wird, während, wenn Wasser hat bereits die Siedetemperatur erreicht, speichert Energie (in Form von latenter Wärme) und behält seine Temperatur unverändert bei, bis die Phasenänderung von Flüssigkeit zu Dampf eintritt. Aus diesem Grund kann ein Wasserdampfstrahl bei 100 ° C, dessen Energie während des Zustands gespeichert wird, stärkere Verbrennungen verursachen als Wasser im flüssigen Zustand bei gleicher Temperatur.

Von der Reaktionswärme wird auch gesprochen, wenn Wärme durch eine chemische Reaktion verbraucht oder erzeugt wird.

Wärme, Temperatur und innere Energie

Wärme ist keine Eigenschaft, die mit einer thermodynamischen Gleichgewichtskonfiguration verbunden ist. In Gegenwart eines Temperaturgradienten fließt Wärme von den Punkten bei höheren Temperaturen zu solchen bei niedrigeren Temperaturen, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist. Die Menge der ausgetauschten Wärme hängt von der bestimmten Bahn ab, auf die die Transformation folgt, um vom Anfangszustand in den Endzustand zu gelangen. Mit anderen Worten, Wärme ist keine Zustandsfunktion.

Die innere Energie ist stattdessen eine Funktion des assoziierbaren Zustandes mit einer Gleichgewichts- (oder thermodynamischen) Konfiguration des Systems, abhängig von den Zustandsvariablen.

Für innere Temperatur und Energie haben sie logische Ausdrücke (das heißt, sie sind wissenschaftlich korrekt) vom Typ: "Der Körper hat eine bestimmte Temperatur, er hat eine gewisse innere Energie, er gewinnt Energie, er gibt Energie".

Auf der anderen Seite ist Wärme keine thermodynamische Eigenschaft, daher haben Sätze wie "der Körper hat Wärme, gibt Wärme, erwirbt Wärme" keinen wissenschaftlichen Wert. In der Tat kann Wärme als "Energie im Transit" definiert werden, nicht als "Energie, die ein Körper besitzt"; Wärme wird zwischen zwei Körpern (oder zwei Teilen desselben Körpers) ausgetauscht und nicht von einem einzigen Körper besessen (wie es bei der inneren Energie der Fall ist). Insbesondere fließt die Wärme aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem zu untersuchenden System und der mit ihr in Wechselwirkung stehenden Umgebung, dann tritt die Wärme nur dann auf, wenn sie aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem System und der Umgebung hindurchtritt und nicht erkannt wird. kein Weg innerhalb des Systems und der Umwelt als eine intrinsische Eigenschaft davon.

Wärmeausbreitung

Die Übertragung (oder der Austausch oder die Ausbreitung) von Wärme zwischen Systemen kann auf drei Arten erfolgen:

    Wärmeausbreitung durch Wärmeleitung: In einem einzelnen Körper oder zwischen in Kontakt befindlichen Körpern erfolgt eine Übertragung von kinetischer Energie durch Stöße zwischen den Molekülen, die zu den benachbarten Bereichen des Materials gehören. In der Antriebsenergie wird durch Materie übertragen, aber ohne makroskopische Bewegung der letzteren;
  • Propagation Konvektionswärme: in einem sich bewegenden Fluid, wobei der Fluidanteile erhitzt oder gekühlt werden kann Kontakt mit den äußeren Oberflächen auszuführen und dann im Zuge ihrer Bewegung (in der turbulenten Charakter oft) die Übertragung (immer auszuführen), die Energie, die auf andere Oberflächen übertragen wird, was zu einer Übertragung von Wärme durch Advektion führt. In einem Gravitationsfeld wie dem terrestrischen (verbunden mit der Gewichtskraft) ist diese Methode der Wärmeübertragung aufgrund des natürlichen Auftretens von Advektionsströmen, heiß und kalt, aufgrund von Temperaturdiversität und z daher die Dichte der an dem Phänomen beteiligten Fluidbereiche gegenüber denen der umgebenden Flüssigkeit;
  • Wärmeausbreitung durch Bestrahlung: zwischen zwei Systemen kann die Wärmeübertragung in einem Abstand (auch in einem Vakuum) für die Emission, Ausbreitung und Absorption von elektromagnetischen Wellen stattfinden: auch in diesem Fall die untere Körpertemperatur es wird erhitzt, und bei höherer Temperatur kühlt es ab. Der Bestrahlungsmechanismus erfordert keinen physischen Kontakt zwischen den am Prozess beteiligten Körpern. Ein Beispiel ist die Wärme, die sich durch Sonneneinstrahlung von der Sonne auf die Erde ausbreitet.

Temperaturerfassung

Das Gefühl von "Hitze" oder "Kälte", das du fühlst, wenn du einen Körper berührst, wird durch seine Temperatur und die Wärmeleitfähigkeit des Materials bestimmt, aus dem es besteht, zusätzlich zu anderen Faktoren.

Obwohl es möglich ist, die relative Temperatur zweier Körper mit der Berührung zu vergleichen, ist es unmöglich, eine absolute Bewertung zu geben. Zum Beispiel durch eine Hand in kaltem Wasser für ein paar Sekunden und das anderes in heißem Wasser eingetaucht, und dann beide in warmem Wasser eingetaucht wird, wird die erste das Gefühl hat, dass das Wasser heiß ist, ist der zweite von der kalten, weil die Temperatur wahrgenommen ist relativ zu dem der Hand, die die Messung durchführt.

Eine relative Bewertung ist oft auch unmöglich. Zum Beispiel kann ein Stück Holz und ein Metallstück zu spielen, die ausreichen, in der gleichen Umgebung gewesen sein, um die thermische Gleichgewicht mit der Umgebung zu erreichen, während, hat er das Gefühl, dass das Metall viel kühles, aufgrund unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit der beiden Materialien. Ein Thermometer zuerst in Kontakt mit dem Holz gelegt, dann mit Metall stattdessen würde die gleiche Temperatur messen, die mit der Luft in der Umgebung übereinstimmt, die für alles, was als Wärmequelle angenähert wird, die darin enthalten ist.

Die Temperatur ist ein Index der durchschnittlichen kinetischen Energie der untersuchten Körperteilchen. Wärme ist die Energie, die ein Körper mit höherer Temperatur bei niedrigerer Temperatur auf einen Körper überträgt (bis beide Körper die gleiche Temperatur haben) ). Das Gefühl von Kälte und Wärme ist sowohl auf den Temperaturunterschied zwischen der Hand und dem Objekt als auch auf die Geschwindigkeit zurückzuführen, mit der das Objekt Wärme an die Hand (oder ein anderes Objekt bei unterschiedlichen Temperaturen) übertragen (absorbieren oder abgeben) kann.

Jedoch kann durch Wärme zu einem Körper bereitstellt, nicht nur die Temperatur steigt, dann gibt es ein spitzes Hitzegefühl, aber es gibt Variationen direkt meßbar in einigen physikalischen Eigenschaften.

Historischer Hintergrund der Hitze

Während der ersten Hälfte des achtzehnten Jahrhunderts, verwendet Wissenschaftler die elementare Substanz namens Phlogiston die Erwärmung einiger Materialien und Verbrennung zu erklären.

In den folgenden Jahren aus dem Jahr thermische Phänomene die Theorie zurück, dass die Hitze war eine unsichtbare Flüssigkeit auf den Bereich einer Körpertemperatur eingeben könnten erhöhen.

Trotz Boyles Untersuchungen des siebzehnten Jahrhunderts über die Beziehung zwischen Teilchenbewegung und Wärme, wurden erst Mitte des 19. Jahrhunderts die Grundlagen der Thermodynamik gelegt. Diese Grundlagen wurden dank der Studien Mayer (1842) und Joule (1843) festgelegt, die sich auf die Wärmemenge und die dafür erforderliche Arbeit bezogen.

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Geändert am: 24. August 2018

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