Das Konzept der Wärme in der Physik ist definiert als: "Der Energiebeitrag, der als Ergebnis einer chemischen oder nuklearen Reaktion umgewandelt und zwischen zwei Systemen oder zwischen zwei Teilen desselben Systems übertragen wird."
Diese Energiemenge ist nicht auf Arbeit oder eine Umwandlung zwischen zwei verschiedenen Energiearten zurückzuführen.
Wärme ist per Definition eine Form übertragener Energie und keine Form enthaltener Energie, wie z. B. innere Energie. Das heißt, Wärme und Arbeit sind Energieformen, die nicht mit dem Zustand des Systems in Verbindung gebracht werden können.
Die Maßeinheit für Wärme im Internationalen System ist das Joule (J). Es wird jedoch immer noch häufig als Maßeinheit für Kalorien verwendet. Manchmal werden auch rein technische Einheiten verwendet: wie kWh oder BTU .
Eine Kalorie ist definiert als die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um ein Grad Celsius zu erhöhen.
Was ist spezifische Wärme?
Die spezifische Wärme (oder Wärmekapazität) eines Stoffes ist definiert als: die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur einer Masseneinheit um ein Kelvin zu erhöhen oder zu senken.
Im internationalen System ist die Maßeinheit der spezifischen Wärme J / (K · kg).
Unterschied zwischen latenter und fühlbarer Wärme
Kommt es durch die Wärmeübertragung zu einer Änderung des Aggregatzustandes, spricht man von latenter Wärme.
Führt die Übertragung hingegen zu einer Abnahme der Temperaturdifferenz, spricht man von fühlbarer Wärme.
Reaktionswärme wird auch verwendet, wenn Wärme durch eine chemische Reaktion verbraucht oder erzeugt wird.
Beispiel
Beispielsweise wird der Temperaturanstieg von Wasser von 20°C auf 50°C unter Normbedingungen dadurch bestimmt, dass fühlbare Wärme bereitgestellt wird.
Befindet sich das Wasser auf Siedetemperatur, steigt die Temperatur auch bei weiterer Wärmezufuhr nicht an, bis der Phasenübergang zum Gas vollständig ist. In diesem Fall wird die Energie in Form von latenter Wärme gespeichert.
Zusammenhang zwischen innerer Energie, Wärme und Temperatur
Wärme ist keine Eigenschaft, die mit einer thermodynamischen Gleichgewichtskonfiguration verbunden ist. Bei Vorhandensein eines Temperaturgradienten fließt Wärmeenergie von kalten Stellen zu heißen Stellen, bis ein Punkt des thermischen Gleichgewichts erreicht ist.
Die Menge der ausgetauschten Wärme hängt von dem jeweiligen Weg ab, dem die Umwandlung folgt, um vom Anfangszustand in den Endzustand zu gelangen. Wärme ist also keine Zustandsfunktion.
Stattdessen sind innere Energie und thermische Energie eine Zustandsfunktion, die einem thermodynamischen Zustand des Systems zugeordnet ist.
Energie unterwegs
Andererseits ist Wärme keine thermodynamische Eigenschaft. Wärme kann 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 einzelnen Körper besessen (wie es bei der inneren Energie der Fall ist). Insbesondere fließt Energie aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem untersuchten System.
Wie breitet sich Wärme aus?
Die Übertragung von Wärmeenergie zwischen Systemen kann auf drei Arten erfolgen:
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Ausbreitung durch Wärmeleitung: In einem einzelnen Körper oder zwischen sich berührenden Körpern findet eine Energieübertragung statt. Diese Übertragung wird durch die Stöße verursacht, die durch die Bewegung der Atome und Moleküle beider Materialien, die sich berühren, verursacht werden. Bei jedem Aufprall geht ein Teil der kinetischen Energie jedes Atoms auf das andere Material über.
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Konvektive Ausbreitung: In einer Flüssigkeit in Bewegung können sich Teile der Flüssigkeit erwärmen oder abkühlen, wenn sie mit äußeren Oberflächen in Kontakt kommen. Es ist eigentlich eine Energieübertragung.
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Strahlungsausbreitung: Die Wärmeübertragung kann über eine Distanz (auch im Vakuum) mittels elektromagnetischer Wellen erfolgen. Zum Beispiel wandert Sonnenenergie durch Strahlung von der Sonne zur Erde.