14 Wärmelehre - 1. Teil

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.

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

1. Eine Eisenkugel lässt sich durch ein Loch in einer Platte stecken

2. Die Eisenkugel wird erwärmt => Volumsausdehung der Kugel

3. Durch die Vergrößerung des Volumens der Kugel kann sie nicht mehr durch das Loch gesteckt werden

Es werden die unterschiedlichen Längenänderungen von verschiedenen Metallen genutzt.
 

Hier im speziellen werden zwei Metalle z.B. durch Nieten verbunden. Erwärmt man diese, dehnt sich der Bimetallstab in unterschiedlichem Maße aus. Die Folge ist, dass sich dieser krümmt. Befestigt man nun an dem freien Ende einen Zeiger, kann man Temperaturunterschiede messen.

Verwendung bis +500°C.

Vorteil: billig und einfach zu bedienen

\(\rho=\rho_0 \cdot(1-\gamma\cdot\Delta\vartheta)\)

\([\rho]= 1\ {kg \over m³}\\\rho_0\mathrm{...Dichte\ bei\ der \ Anfangstemperatur}\\\gamma\mathrm{...Volumsausdehnungskoeffizient}\\\Delta\vartheta\mathrm{...Temperaturänderung} \)

Je wärmer, umso kleiner die Dichte.

\(\sigma=\frac{F}{A}\)

Einheit Spannung: \([\sigma]=1\frac{N}{m^2}\widehat{=}\ 1\ Pa\)

(1)  Das Bimetall wird erhitzt

(2) Aufgrund der verschiedenen Längenausdehnungskoeffizienten der Metalle wird ein Metall stärker ausgedehnt als das Andere. Somit fängt  sich das Bimetall an zu biegen.

(3) Das Bimetall wird abgekühlt

(4) Durch das Abkühlen kommt das Bimetall zurück in seinen Grundzustand 

Von 

• dem Material
• der Länge
• des Temperaturunterschiedes

Der absolute Nullpunkt ist jene Temperatur, bei der sich die Atome nicht mehr bewegen. Nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik ist der absolute Nullpunkt eine ideale Messgröße, welche nicht erreichbar ist, jedoch können reale Temperaturen beliebig nahe dem absoluten Nullpunkt realisiert werden.

Absoluter Nullpunkt: -273,15˚C

Der obere Heizwert (H_o) heißt auch Brennwert. H_o gibt die maximale Verbrennungswärme an, die bei der vollständigen Verbrennung von 1kg eines Stoffes frei werden kann.

Einheit: \({MJ \over kg}\) oder \({MJ\over m^3}\) (Je nach Energieträger) 

Der untere Heizwert H_u ist kleiner als H_o(=Brennwert), da er auch berücksichtigt, dass beim Übergang des Energieträgers in den gasförmigen Zustand die so genannte Verdampfungswärme zugeführt werden muss.

Einheiten: \({MJ\over Liter}\) oder \({MJ \over m^3}\) oder \({MJ \over kg}\) (Je nach Energieträger)

Temperatur ist eine Maßzahl für die thermische Bewegung der Atome bzw. Moleküle.

Wärme ist eine Energieform, die von der ungeordneten Bewegung kleinster Teilchen stammt. Diese kinetische Energie kann nur mehr statistisch erfasst werden. Sie ist ein Teil der in einem Körper gespeicherten inneren Energie.

Ungeordnete Bewegung(Bild): Je stärker die Wärmebewegung der Teilchen, desto höher ist die Temperatur.

Die Arbeitsstange wird erwärmt und dehnt sich aus. Dann wird die Flügelschraube zugedreht. Darauf wird die Arbeitsstange abgekühlt, wodurch sich die Metallstange so stark zusammenzieht, dass es den Bolzen sprengt.

• Celsiusskala ( bei 100°C ist der Siedepunkt oder Kondensationspunkt unter Normaldruck )
• Kelvinskala ( 0 K = - 273,15 °C ist der absolute Nullpunkt der Temperatur )
• Fahrenheitskala ( 100°F ist die Körpertemperatur von Menschen )

\([c]=[\frac {Q}{m \cdot T}] = 1 \frac {J}{kg \cdot K}\)

Bem: Spezifische Wärmekapazität von Wasser:
\(c_{Wasser} = 4186 \frac {J}{kg \cdot K}\approx 4,19 \frac {kJ}{kg \cdot K}\)

Bei der Temperaturmessung mit einem Flüssigkeitsthermometer wird die temperaturabhängige Volumsänderung der Flüssigkeiten ausgenutzt.

• 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