Wärmelehre

Als Wärmewert eines Brennstoffes bezeichnet man die Wärmemenge, welche bei der Verbrennung abgegeben wird.

Mit dem Brennwert H_o bezeichnet man die Wärmemenge, welche bei volsständiger Verbrennung  von 1 kg oder 1m³ eines Brennstoffes frei wird. Der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf ist als Verdampfungswärme berücksichtigt.

Der Heizwert H_u bezeichnet die Wärmemenge, welche bei einer vollständiger Verbrennung von 1 kg oder 1m³ eines Brennstoffes frei wird, wobei die Verdampfungswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes nicht berücksichtigt ist.

Brennwert - Verdampfungswärme = Heizwert

Die Nutzleistung ist die Wärmemenge pro Zeiteinheit, welche der Wärmeerzeuger nutzbar macht, d.h. welche vom Heizelement odder den Abgasen an das zu erwärmende Medium übergeht.

Die Wärmebelastung ist die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit im Erwärmer erzeugt wird, um die Leistung und die Verluste abzudecken.
Verluste entstehen durch Feuerungsverluste, Abstrahlungsverluste, nicht nutzbaren Energieinhalt der Abgase usw.

Der Wirkungsgrad zeigt das Verhältnis zwischen Leistung und Belastung.

Der Wirkungsgrad ist immer kleiner als 1bzw. 100%
(Werden kondensierende Gasgeräte eingesetzt, ist ein rein rechnerischer Wirkungsgrad von über 1 bzw. 100% bezogen auf H_u möglich.

Werden feste Stoffe erwärmt, dehnen sie sich aus, werden sie abgekühlt, so ziehen sie sich zusmmen. Das Mass der Ausdehnung ist abhängig von der Art des Stoffes.

Die Ausdehnung der meisten festen Körper zwischen 0° und 100° kann als regelmässig bezeichnet werden. Es ist also gleichgültig ob z.B. ein Stahlrohr von 10° auf 20° oder von 60° auf 70° erwärmt wird. 

Bei Thermostaten

Bei Bimetallen => Mischventile, Thermometeer

Flüssigkeiten dehnen sich bei der Erwärmung nach allen Seiten und viel stärker aus als feste Stoffe.
Die Ausdehnung erfolgt viel unregelmässiger als bei den festen Stoffen.

Unter dem Begriff der Wärmeströmung versteht man das Strömen eines Stoffes mit seinem Wärmeinhalt von einer Stelle zur anderen. Dabei gilt zu beachten, dass die Wärmeströmung nur mit Flüssigkeiten oder Gasen stattfinden kann. Die Wärmeströmung setzt bei diesen zwei Zustandsarten immer ein soblad wir einen Temperaturunterschied haben.

Die Wärmeströmung findet immer vom wärmeren zum kälteren Stoff statt.

Je wärmer eine Flüssigkeit oder ein Gas ist, desto geringer ist seine Dichte. Durch den Dichteunterschied findet nun eine Stömung statt (Schwerkraftzirkulation) der erwärmte Wärmeträger steigt auf durch seine geringere Dichte oder der kältere Wärmerträger sinkt durch die Schwerkraft ab. Folge davon ist eine Zirkulation.

Eine Wärmeübertragung findet immer dann statt, wenn sich Medien verschiedener Temperaturen berühren. Die Wärmeübertragung dauert so lange an, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat. Die Wärmeübertragung findet immer vo wärmeren zum kälteren Medium statt, nie umgekehrt.

Bei der Wärmeleitung findet die Wärmeübertragung innerhalb eines Stoffes (fest, flüssig oder gasförmig) von Stoffteilchen zu Stoffteilchen statt.

Hier erfolgt die Übertragung der Wärme genau gleich wie beim Licht surch Strahlen ohne dass dazu im Zwischenraum ein Stoff benötigt oder auch erwärmt wird. 
Die Strahlung der Sonne durchdringt die Luft, ohne sie zu erwährmen; dort wo sie aber auftrifft, ruft sie eine starke Wirkung hervor?

Der Nullte Hauptsatz regelt das thermische Gleichgewicht zwischen verschiedenen Systemen. Wenn System A mit System B und B mit System C im Gleichgewicht ist, so ist System A mit C auch im Gleichgewicht.

Der vierte Hauptsatz wurde als letzter definiert. Da er aber Grundlegend für die Thermodynamik und die anderen Hauptsätze ist, wurde er an den Anfang gestellt. Damit man die Bezeichnungen für die anderen drei Hauptsätze nicht mehr ändern muss, wurde er einfach mit 0 betitelt.

Der 1. Hauptsatz, Energieehaltungsgesetz.

Er besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur in verschiedene Arten umgewandelt werden.

 2. Haupsatz, Entropiesatz

Energie kann nicht in beliebigem Masse in andere Arten umgewandelt werden.

Wärme in Arbeit umwandeln ist nur bei einem vorhandenen Tempertaturgefälle möglich.

3. Haupsatz, Nernstsches Wärmetheorem

Der absolute Nullpunkt der Temperatur ist nicht erreichbar.

Die molekulare Schwingungen sind eine von vielen Wirkungen der Temperatur. Je höher desto grösser sind die Schwingungen

Es gibt zwei Temperaturskalen:

- Relative Temperatur => Celsiusskala °C

- Absolute Temperatur => Kelvinskala K

Die Celsiusskala wird durch den Gefrier- und den Siedepunkt des Wassers auf Meereshöhe bestimmt.

Die absolute Temperatur bezieht sich auf die absolut diefste Temperatur, die überhaupt möglich ist. Diese beträgt -273.16°C oder 0 Kelvin und ist durch den Stillstand aller Moleküle bestimmt.

Es gibt 8 verschiedene arten die Temperatur zu messen.

1. Bimetallthermometer => Messung durch zwei verschiedene aufeinandergewalzte Metalle

2. Flüssigkeitsthermometer => Messung duch Volumenänderung der Stoffe ( Quecksilber, Alkohol, ...)

3. Thermoelement => Messung mittels unterschiedliche Metalldrähte durch unterschiedliches Spannungsverhalten.

4. Elektrische Wiederstandsthermometer => Messung durch elektrischen Wiederstand von Metallen (z.B Platin) der umgerechnet wird und digital angezeigt.

Wärme äussert sich z.B. als Bewegungsenergie der Molekühle. wird einem Stoff Energie zugerführt, so erwärmt er sich, womit seine molukulare Schwingung zunimmt.

Die Einheit der Wärme Q ist das Joule [J]

1000J = 1 kJ = 10³ J

1000kJ = 1MJ = 10^{6 J}

1000MJ = 1GJ = 10⁹ J

3600 kJ = 1 Kilowattstunde kWh

Die spezifische Wärmekapazität c eines Stoffes ist die Wärmemenge, die erfordelich ist um 1 kg Masse eines Stoffes um 1K zu erwärmen.

Wasser = 4.19
Kupfer = 0.385
Eis = 2.05
Aluminium = 0.942

Wasser hat eine grosse spezifische Wärmekapazität und wird deshalb als Wärmeträger für Heizungs- und Klimaanlagen verwendet.

Als Fausregel gilt, dass es weniger Energie braucht um Feststoffe wie Metale zu erwärmen und Flüssigstoffe speichern die Energie besser.