Wärmelehre Flashcards
Was ist Wärme?
Wärme ist die thermische Energie, die zwischen zwei Systemen aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird.
Wärme entsteht z.B. bei Reibung aus mechanischer Energie
Was ist Temperatur?
Die Temperatur ist ein Maß für die innere Energie des Körpers - sie hängt dabei aber stark von dem “Stoff” des Körpers ab.
Temperatur ist eine leicht zu messende Größe der Wärmelehre.
Was ist die innere Energie U ?
Die im Körper enthaltende Wärme/potenzielle Energie wird auch als innere Energie des Körpers bezeichnet.
Die Änderung der inneren Energie ist damit die Wärme, die der Körper aufnimmt oder abgibt.
Wie misst man Temperatur?
Benötigte Grundprinzipien:
1. Temperaturskala, mit mindestens zwei reproduzierbaren Fixpunkten. (Am besten Kelvin)
2. Deutliche und reproduzierbare Eigenschaft von Stoffen
Mechanische Verfahren:
- Volumenänderung, Längenänderung
Elektrische Verfahren:
- Thermospannung, Widerstandsänderung
Was passiert mit Stoffen bei steigender Temperatur?
Fast alle Stoffe dehnen sich bei steigender Temperatur aus. Die Masse bleibt gleich, die Dichte wird geringer.
Was sagt die Wärmekapazität aus?
Die Wärmekapazität gibt an, wie viel Wärmeenergie ein Körper aufnehmen oder abgeben muss, um seine Temperatur um ein 1 Kelvin zu erhöhen. Sie beschreibt also die Fähigkeit eines Stoffes, Wärme zu speichern.
- Hängt vom Material, Zustand des Stoffes und der Masse des Körpers ab.
Ein Stoff mit hoher Wärmekapizität lässt sich schwer aufheizen und behält gespeicherte Wärme lange.
Nenne und beschreibe die Aggregatzustände
Fest: nicht komprimierbar, kaum verformbar, feste Strukturen
(Kristalle)
Flüssig: kaum komprimierbar, verformbar („fließt“), schwache Strukturen (Kristalle) – Achtung: Glas/Flüssigkristalle sind Flüssigkeiten!
Gasförmig: komprimierbar, Raum wird gleichmäßig ausgefüllt, keine Strukturen
Erkläre die Brownsche Molekularbewegung
Die Brownsche Molekularbewegung beschreibt die zufällige, unregelmäßige Bewegung kleiner Teilchen in einer Flüssigkeit oder einem Gas. Diese Bewegung entsteht durch Stöße mit den umgebenden Molekülen, die sich selbst in ständiger Bewegung befinden.
- Die Bewegung ist abhängig von der Temperatur:
Höhere Temperatur=schnellere Bewegung - Wassermoleküle sind bei jeder Temperatur in Bewegung
Nenne und beschreibe die vier Zustandsänderungen eines idealen Gases
- Isotherme Zustandsänderung (T = konstant)
- Temperatur bleibt gleich, während sich Druck und Volumen ändern. - Isobare Zustandsänderung (p = konstant)
- Druck bleibt gleich, während sich Volumen und Temperatur ändern. - Isochore Zustandsänderung (V = konstant)
- Volumen bleibt gleich, während sich Druck und Temperatur ändern. - Adiabat Zustandsänderung (kein Wärmeaustausch, Q = 0)
- Druck, Volumen und Temperatur ändern sich, aber es findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt.
Erkläre den Carnot- Motor und Kreisprozess
Der Carnot-Motor ist eine ideale Wärmekraftmaschine die mit 4 Zustandsänderungen arbeitet abwechselnd isotherm und adiabatisch.
- Isotherme Expansion (T₁ = konstant, Wärmeaufnahme)
- Das Gas dehnt sich bei konstanter hoher Temperatur T₁ aus, nimmt Wärme Q₁ auf und verrichtet Arbeit. - Adiabatische Expansion (Q = 0, Temperatur sinkt)
- Das Gas dehnt sich weiter aus, gibt aber keine Wärme ab. Die Temperatur fällt auf T₂. - Isotherme Kompression (T₂ = konstant, Wärmeabgabe)
- Das Gas wird bei konstanter niedriger Temperatur T₂ komprimiert und gibt dabei Wärme Q₂ ab. - Adiabatische Kompression (Q = 0, Temperatur steigt)
- Das Gas wird weiter komprimiert, ohne Wärme auszutauschen, bis die Temperatur wieder auf T₁ steigt.
- Hauptsatz der Wärmelehre
Bei jeder Zustandsänderung bleibt in einem abgeschlossenem System die Summe aller verschiedenen Energien erhalten.
(Beispiel Verbrennungsmotor oder Auto bremst)
Erkläre den Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad gibt an, wie effizient eine Maschine oder ein Prozess Energie in nutzbare Energie umwandelt. Er beschreibt das Verhältnis von nutzbarer Energie (Output) zur zugeführten Energie (Input) und wird meist in Prozent (%) angegeben.
Wegen des 1. Hauptsatz liegt der maximale Wirkungsgrad bei 100%.
Stirling Motor
- Hauptsatz der Wärmelehre
Alle Wärmekraftmaschinen haben ein geringeren oder maximal den gleichen Wirkungsgrad als eine Carnot-Maschine.
- Hauptsatz der Wärmelehre
- Am absoluten Nullpunkt T=0 ist die Entropie Null S=0.
- Der absolute Nullpunkt ist nicht erreichbar
Was ist Entropie?
Entropie ist ein Maß für Unordnung.
Zweite Hauptsatz der Thermodynamik: In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie niemals ab – sie bleibt konstant oder steigt.
Was passiert beim Phasenübergang der Aggregatzustände?
Für die Änderung des Aggregatzustands wird zugeführte Wärmeenergie benötigt, dabei bleibt die Temperatur konstant.
Erkläre und zeichne das Phasendiagramm eines “normalen” Stoffs
- Steigende Temperatur => eher gasförmig
- Höherer Druck => eher fest oder flüssig
- Ein Tripelpunkt => alle Aggregatzustände “stoßen aneinander”
- Ein kritischer Punkt => keine Unterscheidung zwischen flüssig und gasförmig möglich
Erkläre und zeichne das Phasendiagramms eines Stoffes mit Anomalie (z.B. Wasser)
(- Eis hat ein größeres Volumen als Wasser)
- Bei Druck wird Eis wieder flüssig!
- Wasser hat nicht bei 0 Grad sondern 4 Grad sein geringstes Volumen
Erkläre die drei Arten von Wärmeübertragung
- Wärmeleitung:
-Wärme “fließt” durch einen Stoff (fest, flüssig)
- Durch Wärmezufuhr werden Atome/Moleküle zum stärkeren Bewegen angeregt, die wiederum andere anregen
- Stoffe haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit (Metalle sehr gut) - Wärmeströmung
- Erwärmte Teilchen eines Stoffes “strömen” (gasförmig, flüssi)
- Es entsteht eine Strömung, da wärmere Teile aufgrund ihrer geringeren Dichte nach oben steigen
- Bsp. Heizung - Wärmestrahlung
- Energie wird durch elektromagnetische Strahlen übertragen
- Bsp. Sonne erwärmt Erde
Wie wird innerhalb einer Thermoskanne Wärmeübertragung verhindert?
- Besteht aus Glas => Glas ist ein schlechter Wärmeleiter
- Besitzt ein Vakuum zwischen den Glaswänden => verhindert Strömung (Konvektion)
- Ist innen verspiegelt=> reflektiert Wärmestrahlung nach innen
Erkläre den Treibhauseffekt
Der Treibhaus-Effekt entsteht, wenn ein Stoff sichtbares licht durchlässt, welches absorbiert wird, aber Wärmestrahlung reflektiert (“festhält”)
- Glas dat diese Eigenschaft (Glashaus)
- CO2 und Methan besitzen den Effekt auch (Natürlicher Treibhauseffekt)
