Wärme - eine Energieform

Wiederholung:     Besitzt ein Körper Energie, so hat er die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

·          Kinetische Energie = Bewegungsenergie:
Ein Körper, der durch eine Kraft angestoßen wurde, besitzt, solange er sich bewegt, 
kinetische Energie.

·          potentielle Energie = Lageenergie:
Bringt man einen Körper gegen eine wirkende Kraft  längs eines Weges von einem Ort 
zu einem anderen, so ist die dafür aufgewendete Arbeit W = F*s als potentielle Energie im Körper gespeichert.

Diese Energieformen beziehen sich immer auf einen ganzen Körper. Da Teilchen ebenfalls - 
wenn auch sehr kleine - Körper darstellen, kann man die gleichen Tätigkeiten an ihnen verrichten.

Innere Energie

Körper lassen sich auf verschiedene Arten erwärmen:

z.B. durch Verrichten von mechanischer Arbeit an ihnen

·      Reibung von Festkörpern

·      rasches Komprimieren von Gasen z.B. in der Luftpumpe

·      Quirlen von Flüssigkeiten

z.B. durch Kontakt mit einem wärmeren Gegenstand (Wasserbad)

z.B. durch elektrischen Strom (Stromfluss durch Heizdraht)

z.B. durch Bestrahlung mit infrarotem Licht (Rotlichtlampe)

Körper lassen sich durch Zufuhr mechanischer Arbeit in eine andere Zustandsform bringen:

·      z.B. vom festen in den flüssigen (Reiben auf Eis)  oder

·      z.B. vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand (Kompression von Butangas)

Beispiel: Bei sehr starker Kompression von Butangas wird dieses flüssig und schließlich fest.

Folgerung: Verrichtung mechanischer Arbeit  und Wärmezufuhr haben auf das "Innere" des Körpers die gleichen Auswirkungen.

Hier ändert sich bei Zufuhr von mechanischer Energie zwar nicht die ,,äußere" (makroskopische) Energie des Körpers, wohl aber die Energie seiner Teilchen (mikroskopisch):

·      die kinetische Energie der Teilchen:

Je nach Energiezufuhr besitzen die Teilchen eines Körpers eine mehr oder weniger große mittlere Geschwindigkeit, also Bewegungsenergie! 

·      die potentielle Energie der Teilchen:

Die Energie, die ein Körper aufgrund der Bindungskräfte zwischen seinen Teilchen besitzt, heißt Bindungsenergie oder potentielle Energie.

Je nach Zustandsform eines Körpers (fest, flüssig oder gasförmig) haben seine Teilchen einen mehr oder weniger großen Abstand zueinander. Damit sind auch die wirkenden Bindungskräfte (Kohäsionskräfte), die die Teilchen zusammenhalten, verschieden groß. Wird durch Arbeitsverrichtung an den Teilchen gegen die Kohäsionskräfte gegenseitige Abstand vergrößert, so nimmt die potentielle Energie der Teilchen zu.

Zusammenfassung:

Wird einem Körper, egal welcher Art,  Energie zugeführt, ohne dass sich seine äußere Energie ändert, so wird die  kinetische und/oder potentielle Energie seiner Teilchen erhöht. 

 

 

Definition der Inneren Energie

Man legt daher fest:

Unter der Inneren Energie eines Körpers verstehen wir die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien der Teilchen eines Körpers.

Da sich die ,,Innere Energie" eines Körpers nicht nur ändert, wenn ihm Energie in Form von mechanischer Arbeit zugeführt wird, sondern auch dann, wenn der Körper in enge Berührung mit einen wärmeren Körper gerät, können wir sagen:

Die Wärme ist eine Energieform, die sich übertragen lässt.

Es handelt sich dabei um nichts anderes als um Energieübertragung (= Arbeitsverrichtung) im Teilchenbereich. 
Die so übertragene Energie wird mit den Symbolen DU oder DQ gekennzeichnet; 
sie wird wie jede andere Energieform in der Einheit 1 Joule gemessen.

[DU] = [DQ] = 1 J