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Wärmelehre - Referat
1. Wärmeübertragung im Alltag
Beispiel: Erhitzen eines Kessels
Wenn man einen Kessel mit kaltem Wasser erhitzen möchte, stellt man ihn dafür auf eine heiße Herdplatte.
Von der heißen Platte strömt die Energie in das kalte Wasser. Der Körper mit höherer Temperatur gibt dem Körper mit niedrigerer Temperatur die Energie ab.
Man könnte auch einfach heißes Wasser oder ein heißes Metallstück in das kalte Wasser tun.
Die heißeren Körper würden die Energie ebenfalls an das kalte Wasser abgeben bis beide Körper die gleiche so genannte Mischungstemperatur erreichen.
Die Energie wird also aufgrund eines Temperaturunterschiedes von zwei Körpern übertragen.
→ Es wird Wärme übertragen
2. Aufbau der Körper(Aggregatzustände)
Alle Körper bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen bzw. Molekülen.
Man unterscheidet drei verschiedene Formen, die so genannten Aggregatzuständen.
1. Fester Zustand
- Die Teilchen liegen eng beieinander
- Nur schwache Hin- und Herbewegungen möglich
- Körper kann man nicht zusammendrücken → Körper behält also die gleiche Form
2. Flüssiger Zustand
- Teilchen liegen eng beisammen, vorbeigleiten möglich
- Flüssigkeit passt sich der Gefäßform an
- Kann man auch nicht zusammendrücken (nicht kompressibel)
3. Gasförmiger Zustand
- Große Abstände herrschen zwischen den Teilchen
- Die Gase füllen jeden Raum aus, der zur Verfügung steht
- Haben eine geringe Dichte(sind sehr leicht)
- Gut zusammendrückbar (kompressibel)
3. Temperaturmessung
Versuch zur Temperaturmessung:
- 1.Versuch: Eine Eisenkugel passt genau durch einen Metallring, wenn sie kalt ist. Wenn man sie erhitzt bleibt sie im gleichen Ring hängen, beim Erkalten fällt sie jedoch wieder hindurch.
- 2.Versuch:Durch das Erhitzen mit dem Bunsenbrenner steigt das Wasser im Rohr.
- Wenn man dann das Rohr mit dem aufgewärmten Wasser in anderes Wasser tut stiegen Luftblasen unten im Wasser auf. Wenn man das Wasser dann wieder abkühlt tritt das Wasser wieder ins Rohr ein.
↓
Das Volumen fester, flüssiger und gasförmiger Körper dehnt sich bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Eine bestimmte Temperatur entspricht einem bestimmten Volumen. Wenn man 2 Flüssigkeiten miteinander mischt, die verschiedene Temperaturen haben, nennt man die Endtemperatur Mischtemperatur T.
4. Die Wärmezufuhr
Es gibt verschiedene Arten von Wärmezufuhr:
 Durch Reibung
 Durch chemische Arbeit(zum Beispiel durch Erhitzen des Wassers mit einer Gasflamme)
 Durch Stromarbeit (Erhitzen von Wasser mit einem Tauchsieder)
 Wärmeaustausch des Temperaturunterschiedes(ein heißes Metallstück in kaltem Wasser gibt die Wärme an das Wasser ab)
Die Wärmezufuhr führt zur Erhöhung der inneren Energie.
Temperaturerhöhung bedeutet Erhöhung der inneren Energie eines Körpers.
Dazu muss eine bestimmte Menge an Energie von außen zugeführt werden.
5. Die Wärmeleitung
Anhand eines Beispiels:
Wenn man einen Löffel in eine heiße Suppe legt und ihn nach kurzer Zeit wieder am Griff anfassen will spürt man wie heiß nun auch der Griff geworden ist.
Es muss also von selbst Energie aus der heißen Suppe durch den Löffel bis zur Hand gewandert sein. In einem solchen Fall spricht man von Wärmeleitung.
Was passiert bei diesem unsichtbaren Energietransport ?
Die Teilchen schwingen bei hoher Temperatur heftig(also in der Suppe).Im kalten Teil des Metallstabes(also des Löffels)schwingen die Teilchen erst mal nur schwach.
Sie erhalten jedoch die Energie der anderen Teilchen und werden deshalb schneller.
Nun steigt die Temperatur auch im davor kalten Bereich.
Die Energie strömt nun stets von den schnellen Teilchen zu den langsamen Teilchen bzw. von höherer Temperatur zu niedrigerer Temperatur aber nie umgekehrt.
Je heftiger die Teilchen im heißen Bereich schwingen zu dem kalten schwingen, desto mehr Energie wird pro Sekunde durchgereicht und desto größer ist die Energiestromstärke I=W/t.
Die Maßeinheit ist 1J/s = 1 W (Watt).Die Teilchen strömen immer von links nach rechts.
5.1 Gute und schlechte Wärmeleiter:
Als Leiter bezeichnet man Stoffe, die verschiedene Arten von Energie oder Teilchen weiterleiten können. Es gibt Leiter für Strom, Wärme und Magnetismus.
Gute Wärmeleiter sind Gegenstände, die warm werden. Das Material leitet also die Wärme gut.
Beispiele:
Metalle wie zum Beispiel Aluminium und Kupfer(Die Elektronen der Metalle sind mehr oder weniger frei beweglich)
d.h Pfannen, Besteck , Töpfe, Herdplatten usw.
Schlechte Wärmeleiter sind Gegenstände, die kühl bleiben. Sie sind aus Material, das die Wärme also schlecht leitet.
Beispiele:
Glas
Gestein
Holz(z.b Holzkochlöffel)
Nichtmetalle
Schwefel
Sand
Wasser
Porzellan
Stoffe, die gar nicht leiten nennt man Isolatoren.
Beispiele:
Gase
Hartschäume
Kork
Bettfedern
Vakuum
6. Die Wärmestrahlung
Wärme kann durch Strahlung transportiert werden, oft gemeinsam mit sichtbarem Licht..
Wärmestrahlung kann man- genau wie Licht auch- durch spiegelnde Oberflächen reflektieren. Umso höher die Temperatur ist, umso mehr wächst die Intensität der Wärmestrahlung. Die Wärmeleitung gehört zu den wichtigsten Mechanismen des Wärmeaustausches. Bei der Wärmestrahlung auf einen Körper treten folgende Sachen auf:
- Die Strahlung kann durchgelassen werden
- Die Strahlung wird reflektiert
- Die Strahlung kann teilweise vom Körper aufgenommen und schließlich in Wärme umgewandelt werden
Versuch zur Wärmestrahlung:
Man benötigt dafür
-eine Rettungsfolie
-ein Thermometer
-Tesa
-ein Haushaltsgummi
Durchführung:
Die Folie muss man unten mit Tesa zusammenkleben, sodass eine Art Tüte entsteht.
Dann muss man die Tüte über den Arm ziehen und hinten mit einem Gummi befestigen, sodass keine Luft rein kann. Dann macht man ein kleines Loch in die Folie für das Thermometer.
 man merkt dann plötzlich, dass die Hand wärmer wird!
Begründung:
Der menschliche Körper strahlt auch Wärmestrahlung ab. Die Wärmestrahlung der Hand wird aber in dem Versuch mit der Rettungsfolie reflektiert. Die hand wird dadurch wärmer.
7. Schmelzwärme und Siedewärme
Die Schmelzwärme bezeichnet die Energie, den man braucht um einen Stoff wie zum Beispiel Wasser von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand umzuwandeln.
Die Teilchen, die im festen Zustand eng beieinander liegen , liegen im flüssigen Zustand zwar auch noch eng beieinander können aber aneinander vorbeigleiten.
Die spezifische Schmelzwärme bezeichnet die Menge Energie, die der Stoff braucht bis er schmilzt. Bei jedem Stoff ist die spezifische Schmelzwärme verschieden.
Die Einheit der Schmelzwärme ist kj/kg .
Die Siedewärme ist die Wärme, die man benötigt, um einen Stoff, der im flüssigen Zustand ist in den gasförmigen Aggregatzustand zu bringen. Die Teilchen, die im flüssigen Zustand nach beieinander liegen, trennen sich von einander und große Abstände herrschen zwischen den Teilchen.
Die Siedewärme ist also die Wärme, die man zum Verdampfen eines Stoffes benötigt.
8.Der Unterschied zwischen Wärme und Temperatur
Die Temperatur ist eine physikalische Zustandsgröße und wird als Wärme bzw. Kälte empfunden. Hohe Temperaturen bezeichnet man als heiß und niedrige Temperaturen als kalt.
Die Temperatur ist also der fühlbare Ausdruck von Wärmeenergie. Die gespeicherte Wärmeenergie ist proportional zur Temperatur des Körpers.
Wenn sich ein Gegenstand warm anfühlt, so bewegen sich die Atome darin schnell und in zufälligen Richtungen, und wenn der Gegenstand sich kalt anfühlt, so heißt das, dass sich die Atome langsamer bewegen.
Die zufälligen Bewegungen geben unserem Körper von warm und kalt und das Thermometer zeigt diese Bewegungen als eine gewisse Anzahl von Grad Celsius an.
In einer Gruppe von Atomen gibt es jedoch eine ganze Reihe verschiedener Geschwindigkeiten. Aber auch wenn sich die Geschwindigkeiten eines einzelnen Atoms ändert, so ändert sich die mittlere Geschwindigkeit nicht.
Wenn zum Beispiel in einem gasförmigen Körper ein Atom langsamer wird, bewegt sich ein anderes Atom wieder schneller.
Daher beschreibt die Temperatur eigentlich die Breite der Palette von Geschwindigkeiten der ganzen Gruppe von Atomen.
Und die Wärme ist folglich, das was wir spüren. Wir spüren sozusagen, wenn sich die Teilchen bewegen.
Die Physiker gebrauchen eine andere Temperaturskala, die direkt im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit der Atome im Gas steht.
Die so genannte „absolute Temperaturskala“ .
Ein Temperaturunterschied von einem Grad auf dieser Skala entspricht einem Grad Celsius.
Der wesentliche Unterschied ist jedoch die Lage des Nullpunktes.
Wenn die Atome eine Temperatur erreichen, die nicht mehr kälter werden kann nennt man das den absoluten Nullpunkt.
Die Temperatur wird außer in Grad Celsius noch in Grad Fahrenheit gemessen.
Was ist eine Fahrenheit-Skala?
Diese Temperatur-Skala wurde im Jahr 1714 von Daniel Gabriel Fahrenheit eingeführt.
Ihr Nullpunkt entspricht der tiefsten Temperatur. Die 100 Grad Marke entspricht der normalen Körpertemperatur des Menschen(37,8Grad Celsius)
0 Grad Fahrenheit  -17,8 Grad Celsius
Eis schmilzt bei 32 Grad Fahrenheit (0 Grad Celsius) und Wasser siedet bei 212 Grad Fahrenheit(100 Grad Celsius)
9.Die spezifische Wärmekapazität
Die spezifische Wärmekapazität (auch spezifische Wärme genannt) ist die Energiemenge, die man benötigt, um 1Kg eines Stoffes um 1 Grad Celsius zu erwärmen.
Es gilt: & #61472;& #61472;W = c • m • T
Einheit: [c] = 1 J•kg-1•K-1
W = Wärme (Energiemenge)
c = spezifische Wärmekapazität
m= Masse des Körpers
T = Temperaturdifferenz
Spezifische Wärmekapazität von Wasser
Wenn man 1kg Wasser ca. 4190 Joule zuführt, so erhöht sich die Temperatur des Wassers um 1 Grad Celsius. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist im Vergleich zu den anderen Stoffen besonderst groß.
Die große spezifische Wärmekapazität von Wasser spielt eine sehr wichtige Rolle für das Klima unserer Erde. Das Meer speichert im Sommer sehr wichtige Energie, da es eine hohe Wärmekapazität hat, ohne dass es sich dabei stark erwärmt.
Diese gewonnene Energie gibt das Meer im Winter wieder ab.
Daher ist das Klima am Meer auch das ganze Jahr über ausgeglichen und es gibt kaum Temperaturunterschiede.
In anderen Gegenden, die weit vom Meer entfernt sind, sind die Temperaturunterschiede wesentlich größer als in den Gegenden, die nah am Meer liegen.
10.Joule und Kalorien
1 Joule = 1 Newton • 1 Meter = 1 Watt • 1 Sekunde
Daher kann man zu Joule auch 1 Newtonmeter sagen.
Ein Joule ist die Energie, die man benötigt um 100 g um 1 Meter nah oben zu bewegen.
Heute ist Joule die international verwendete Maßeinheit für die Energie. Seit 1978 ist die Einheit Kalorie durch die Einheit Joule ersetzt worden.
1 Kalorie = 4,184 Joule
Der Energiegehalt von Nahrungsmitteln wird auch in Joule angegeben, aber weil dies eine sehr kleine Einheit ist, werden die Angaben über den Energiegehalt von Nahrungsmitteln normalerweise in Kilo-Joule gemacht.
1 KJ = 1000 Joule
(Der Energiegehalt von Nährstoffen ist zum Beispiel für bestimmte Diäten wichtig.)
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: tunesierinahlem
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