Physik Step 44 (neu)

Der gesamte Energievorrat im Inneren des Körpers – vor allem die Bewegungsenergie aller seiner Teilchen zusammengezählt.

Energie, die wegen eines Temperaturunterschieds von einem Körper auf einen anderen übergeht – ein Energiefluss, nichts, was ein Körper „besitzt“.

Temperatur: wie heiss der Tee ist (schnelle Teilchen). Innere Energie: der gesamte Energievorrat im Tee. Wärme: die Energie, die vom Tee an die kühlere Zimmerluft abfliesst, bis beide gleich warm sind.

Gefrierpunkt von Wasser = 0 °C und Siedepunkt von Wasser auf Meereshöhe = 100 °C; der Abstand ist in 100 gleiche Schritte geteilt.

Am absoluten Nullpunkt bei −273,15 °C: Dort kommen die Teilchen praktisch zur Ruhe, tiefer geht es nicht – negative Kelvin-Werte gibt es nicht.

Gleiche Schrittweite (1 K ist genau so gross wie 1 °C); nur der Nullpunkt ist um 273,15 verschoben.

T (in K) = ϑ (in °C) + 273,15; von Kelvin nach Celsius: −273,15. Beispiel: 20,0 °C = 293 K.

T = (−10,0 + 273,15) K = 263 K – eine positive Kelvin-Zahl, negative Kelvin-Werte gibt es nicht.

Ebenfalls 50 K: Für Differenzen gilt ΔT = Δϑ, weil das +273,15 bei einer Differenz wegfällt.

Expansion: Ein Körper dehnt sich beim Erwärmen aus (Schienen brauchen Dehnfugen). Kontraktion: Er zieht sich beim Abkühlen zusammen (eine Freileitung hängt im Winter straffer).

Bei höherer Temperatur zittern und bewegen sich die Teilchen heftiger und brauchen im Mittel mehr Platz – der ganze Körper wird grösser.

ρ = m / V: Beim Erwärmen bleibt die Masse m gleich, das Volumen V wird grösser – gleicher Zähler durch grösseren Nenner ergibt eine kleinere Dichte. Darum steigt warme Luft auf.

Δl = α ⋅ l ⋅ ΔT (α = Längenausdehnungskoeffizient aus der Formelsammlung, l = Ausgangslänge, ΔT = Temperaturänderung)

ΔV = γ ⋅ V ⋅ ΔT (V = Ausgangsvolumen); bei Festkörpern gilt γ ≈ 3 ⋅ α

Δl = α ⋅ l ⋅ ΔT = 12 ⋅ 10⁻⁶ 1/K ⋅ 25,0 m ⋅ 40,0 K = 0,012 m = 1,2 cm

1. l ist die Ausgangslänge vor dem Erwärmen. 2. ΔT ist die Temperaturdifferenz (in K und °C gleich gross); beim Abkühlen ist ΔT < 0, also Δl < 0 – der Körper wird kürzer.

Wegen der Anomalie des Wassers: Zwischen 0 °C und 4 °C zieht es sich beim Erwärmen zusammen statt auszudehnen – der Stand wäre nicht eindeutig (z. B. könnten 2 °C und 6 °C denselben Stand ergeben).

Wasser hat bei rund 4 °C seine grösste Dichte. Das 4 °C warme Wasser sinkt auf den Grund, kälteres bleibt oben, der See friert von oben zu – am Grund überleben die Fische.

Wärme Q und innere Energie U – beide in Joule (J), weil beides Energieformen sind.

Aus Sicht des Körpers: zugeführte Wärme Q > 0 (kalter Topf auf der Herdplatte), abgegebene Wärme Q < 0 (Tee, der abkühlt).

E_gesamt = E_kin + E_pot + U: Die innere Energie U steckt im Inneren (Teilchenbewegung); die Gesamtenergie zählt zusätzlich Bewegungs- und Lageenergie des Körpers als Ganzes (Thermoskanne im fahrenden Zug: ein schnellerer Zug macht den Tee nicht heisser).

ΔU = Q: Zugeführte Wärme (Q > 0) erhöht die innere Energie, abgegebene Wärme (Q < 0) senkt sie.

Immer vom wärmeren zum kälteren Körper, bis beide gleich warm sind – nie umgekehrt. Kein Körper kann sich dabei über die Anfangstemperatur des wärmsten Körpers hinaus erwärmen.