Temperatur und Wärme

Physik

Basiswissen

Was wird hier erklärt?

• Hier geht es darum, was Temperatur und Wärme meinen.
  

• Es werden auch die Formelzeichen und Einheiten erwähnt.
  

Woran merkt man, dass es einen Unterschied gibt?

• Ein Liter kochendes Wasser hat eine Temperatur und eine Wärme.
  

• Zwei Liter kochendes Wasser hat diesselbe Temperatur aber mehr Wärme.
  

• Statt Wärme könnte man in der Physik besser von Wärmemenge sprechen.
  

Was meint Wärme?

• Angenommen, ein Koch will Schokolade in einem Wasserbad schmelzen.
  

• Dazu legt er Schokolade in einen Metalltopf.
  

• Den Metalltopf lässt er in heißem Wasser schwimmen.
  

• Nach einiger Zeit wird die Schokolade schmelzen.
  

• Es ist klar, dass man mit zwei Litern heißem Wasser ...
  

• viel mehr Schokolade schmelzen kann als mit einem Liter Wasser.
  

• Das was die zwei Liter mehr haben als einer ist die Wärmemenge.
  

• Zwei Liter kochendes Wasser haben aber nicht mehr Temperatur.
  

• Zwei Liter kochendes Wasser haben dieselbe Temperatur...
  

• wie ein Liter kochendes Wasser (extrinsische Größe).
  

• Wärme ist eine Menge, die etwas bewirken kann.
  

Was meint Temperatur?

• Die Temperatur sagt mir, in welche Richtung Wärme fließt.
  

• Bringt man zwei Körper, Flüssigkeiten oder Gase zusammen, ...
  

• dann fließt die Wärme immer von hoher Richtung niedriger Temperatur.
  

• Je größer der Temperaturunterschied zwischen den zwei Dingen ist, ...
  

• desto schneller fließt die Wärme (wenn ansonsten alles gleich bleibt).
  

• Temperatur sagt also, wie stark und in welche Richtung Wärme fließen würde.
  

Was ist Temperatur im Teilchenmodell?

• Die Temperatur kann man sich gut im Teilchenmodell vorstellen.
  

• Holz, Wasser, Luft, Metall besteht aus kleinsten Teilchen.
  

• Diese Teilchen sind nie ganz in Ruhe, sie sind immer in Bewegung:
  

• Bei festen Körpern zittern und schwingen sie an ihren festen Stellen.
  

• Bei Flüssigkeiten schwimmen sie untereinander umher.
  

• Bei Gasen fliegen sie frei durch die Gegend.
  

• Je mehr Temperatur ein Körper hat,
  

• desto stärker ist die Bewegung.
  

Was ist Wärme im Teilchenmodell?

• Die Wärme stellt man sich genauso über Teilchen in Bewegung vor.
  

• Die Wärme sagt aber nicht nur, wie stark sich die Teilchen bewegen.
  

• Die Wärme sagt auch noch, wie viele Teilchen dazu gehören.
  

• Darüber kommt der Mengengedanke ins Spiel:
  

• In der Wärme steckt, wie viele Teilchen bei welcher Temperatur.
  

Wie fließt Wärme im Teilchenmodell?

• Das soll an einem Beispiel erklärt werden.
  

• Stellen wir uns zwei etwa apfelgroße Metallwürfel vor.
  

• Der eine Würfel habe eine Temperatur von 0 Grad Celsius.
  

• Der andere Würfel habe eine Temperatur von 80 Grad Celsius.
  

• Wir legen jetzt den heißen Würfel oben auf den kalten Würfel drauf.
  

• An der Berührungsfläche berühren sich die Teilchen der zwei Würfel.
  

• Beim heißen Würfel zittern oder schwingen die Teilchen sehr stark.
  

• Beim kalten Würfel zittern oder schwingen die Teilchen weniger.
  

• Ab und zu stoßen ein "heißes" und ein "kaltes" Teilchen zusammen.
  

• Physikalisch ist das ein "Stoß". Man kann Formeln für den Stoß benutzen.
  

• Am Ende wird immer herauskommen, dass die schnellen Teilchen etwas ...
  

• "Geschwindigkeit" an die langsamen Teilchen abgeben.
  

• Das heißt auch, dass sich die Temperaturen mit der Zeit ausgleichen.
  

• Es fließt also Wärme vom heißen hin zum kalten.
  

Was ist das "thermische Gleichgewicht"?

• Wenn zwei Körper in Kontakt sind und beide die gleiche Temperatur haben, ...
  

• dann fließt im Schnitt bei den Stößen genauso viel Wärme vom einen ...
  

• zum anderen wie umgekehrt. Es gibt keinen netto-Wärmefluß mehr.
  

• Das nennt man thermisches Gleichgewicht.
  

Kann Wärme auch anders fließen?

• Ja, Wärme kann auch noch über Strahlung fließen.
  

• Die Sonnenstrahlen lassen Wärme von der Sonne zu uns "fließen".
  

• Strahlung verhält sich zwar teilchenartig, besteht aber nicht aus Teilchen.
  

Bisher verstanden?

• Wenn dir jetzt der Unterschied zwischen Temperatur und Wärme ...
  

• etwas anschaulicher und klarer ist, dann betrachte dir die Formalismen.
  

Formelzeichen für Temperatur

• Gibt man die Temperatur in Kelvin an, ein großes T ↗
  

• Gibt man die Temperatur in Celsius an, ein kleines t ↗
  

• Gibt man die Temperatur in Celsius an, ein kleines theta ↗
  

Formelzeichen für die Wärme

• Ist üblicherweise das große Q ↗
  

• Auch üblich ist das große E mit "Wärme" klein unten rechts
  

Einheiten für die Temperatur

• In der Physik üblich Kelvin ↗
  

• Im Alltag üblich Grad Celsius ↗
  

Einheiten für die Wärme

• Die Wärme ist ein Sonderfall der Energie.
  

• Die Einheit der Wärme ist also auch die Einheit der Energie.
  

• Die in der Physik übliche Einheit für die Wärme ist das Joule ↗
  

Die spezifische Wärmekapazität

• Jeder Stoff hat seine eigene spezifische Wärmekapazität. (externer Link)
  

• Sie sagt, wie viel Wärme ein Kilogramm braucht,
  

• um ein Grad mehr Temperatur zu kriegen.