14 Wärmelehre - 1. Teil

• Je wärmer umso kleiner die Dichte.
• Je kälter umso größer die Dichte.

Idealerweise sollte sich der Agregatzustand nicht ändern.

\(\gamma = 3\cdot \alpha\)

\([\gamma] = {1 \over K} \)

\(\gamma\) ... Volumsausdehungskoeffizient

\(\alpha\) ...Längenausdehnungskoeffizient

\(Q=m\cdot H =V\cdot H\)

H .. Heizwert in J/kg bzw J/m³

aus \(\sigma = E\cdot \epsilon \ \ \ \ mit \ \epsilon={\Delta\ell \over \ell_0}=\alpha\cdot \Delta\vartheta\)

\(\rightarrow \sigma_{therm}=E\cdot\alpha\cdot\Delta\vartheta\)

\([\sigma_{therm}]=1\ Pa\)

\(E\mathrm{...Elastizitätsmodul}\\\alpha\mathrm{...Längenausdehnungskoeffizient}\\\Delta\vartheta\mathrm{...Temperaturdifferenz}\)

Wärmemenge:   \(Q = m \cdot c \cdot T\)

Wärmemengenänderung:   \(\Delta Q = m \cdot c \cdot \Delta T = m \cdot c \cdot \Delta \vartheta\)

\([Q] = 1J\)

\(l= l_0 \cdot (1 + \alpha \cdot \Delta \vartheta)\)

Bem: \(l_0\) ... Ausgangslänge

          \(\alpha\) ... Längenausdehnungskoeffizient

          \(\Delta \vartheta\) ... Temperaturdifferenz

\(V=V_0\cdot(1+\gamma\cdot\Delta\vartheta)\)

\(V_0\mathrm{...Volumen\ bei\ Normaltemperatur}\\V\mathrm{...Volumen\ nach\ Temperaturänderung}\\\gamma=3\cdot\alpha\mathrm{...Volumsausdehnungskoeffizient}\\\Delta\vartheta\mathrm{...Temperaturdifferenz}\)

Wasser(H₂O) besteht aus Atomen mit positiven und negativen Partialladungen. Durch die Anziehung von positiver und negativer Ladung, bindet jedes Wassermolekül ein anderes an sich. Diese Bindungen nennt man Wasserstoffbrückenbindungen. Durch die Ausbildung solcher Wasserstoffbrückenbindungen sind die Wassermoleküle nicht mehr frei beweglich. Sie bilden dreidimensional miteinander verknüpfte Gebilde, die man Cluster nennt. Die Einschränkung der Beweglichkeit der Wassermoleküle ist der Grund dafür, dass H₂O bei Raumtemperatur flüssig ist, im Unterschied zu CO₂ und NO_x.

• Wärmeleitung:
  Bei der Wärmeleitung wird die innere Energie von der Materie weitergegeben, ohne dass diese selbst mitbewegt wird. Die Wärme geht vom höheren zum niedrigeren Energieniveau.
  Beispiel: Topf auf der Herdplatte, Bügeleisen, usw
• Konvektion (Wärmemitführung):
  Konvektion ist die Mitführung von thermischer Energie in strömenden Flüssigkeiten oder Gasen.
  Beispiel: Heißes Wasser steigt im Kochtopf von unten nach oben, erwärmte Luft steigt auf, usw
• Wärmestrahlung:
  Wärmestrahlung benötigt kein Überträgermedium und erfolgt daher auch durch materiefreien Raum hindurch. Die Energieübertragung erfolgt durch sich ausbreitende elektromagnetische Wellen.
  Beispiele:Sonnenstrahlung, Glühlampe, Heizstrahler, Toaster, usw

\(\Delta Q = \Delta m \cdot H\)   

oder 

\(\Delta Q = \Delta V \cdot H\)

Hängt vom Brennstoff und der Einheit von H ab. zB. Holz -> J/kg oder Gas -> J/m³

\(aus \ Q_V=m\cdot\ q_V \rightarrow \ q_V ={Q\over m} \)

q_v ist die Wärmemenge, die man aufbringen muss, um 1kg eines Stoffes zu verdampfen.

\(Q_s = {m \cdot q_s}\)

q_s... spezifische Schmelzwärme

m... Masse

Bei Wasser (H₂O) kommt es zur Ausbildung von Wasserstoffbrücken, so dass deutlich mehr Wärme benötigt wird um diese "großen Molekühketten" zu verflüssigen bzw zu verdapfen, wie bei CO₂, ..

Der Druck im Inneren einer Flüssigkeit ist üblicherweise nahezu identisch mit dem Außendruck. Wird die Temperatur gesteigert, sodass der Dampfdruck den Außendruck etwas übersteigt, dann bilden sich Dampfblasen. Die Flüssigkeit siedet bei der Siedetemperatur.

Wenn das Fundament in frostfreier Tiefe liegt, dann ist der Beton im Fundament kaum Temperaturänderungen ausgesetzt, weshalb auf Dehnungsfugen verzichtet werden kann und das Fundament trotzdem rissfrei bleibt.

Verdunsten ist der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand unterhalb der Siedetemperatur. Verdunsten spielt sich also nur an der Flüssigkeitsoberfläche ab. Die zur Verdunstung nötige Energie wird der Umgebung entzogen, sodass sich diese abkühlt \(\rightarrow\) Verdunstungskälte.

Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Wärme von einem Körper aufgenommen oder abgegeben werden muss, damit sich bei 1kg des Stoffes die Temperatur um 1K ändert.

\([c] = 1 { J \over kg K } \)