9. Wärmelehre - physik.fh
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9. Wärmelehre Physik für Informatiker 9. Wärmelehre 9.1 92 9.2 9.3 9.4 Temperatur und thermisches Gleichgewicht Th Thermometer undd Temperaturskala T k l Thermische Ausdehnung Wärmekapazität k i Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker 9 Wärmelehre 9. Aufgabe: - Temperaturverhalten von Gasen, Flüssigkeiten, Festkörpern - Transport von Wärme - Umwandlung von Energie - etc. t zur Beschreibung Problem: Teilchenzahl groß (N > 1023) makroskopische Größen G öß notwendig: t di Temperatur, Wärme, Wärmekapazität ... 9 1 Temperatur und thermisches 9.1 i Gleichgewicht G i i Was ist Temperatur ? heiß kalt Messbar durch: Temperaturskala Δl eines Festkörpers, ΔV einer Flüssigkeit, ??? F b eines Farbe i glühenden lüh d Objektes, Obj kt elektr. l kt Widerstand Wid t d .... Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker Es gilt: Will man einen heißen Körper abkühlen, bringt man ihn in Kontakt mit einem kälteren. E gilt: Es ilt Nullter N llt Hauptsatz H t t der d Thermodynamik Th d ik Sind zwei Körper im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten, dritten so stehen sie auch untereinander in einem thermischen Gleichgewicht. Möglichkeit der Definition einer Temperaturskala Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker 9.2 Temperaturskala Fixpunkte: - Gefrierpunkt von Wasser = 0o C - Siedepunkt von Wasser = 100o C - Skala in 100 gleichgroße Teile Probleme: - Extrapolation auf andere Temperaturbereiche kritisch - Reproduzierbarkeit R d i b k it dder Fi Fixpunkte kt kkritisch iti h - Skala materialabhängig Lö Lösung: Man nutze als M l Fi Fixpunkt k dden Tripel-Punkt von (z.B.) Wasser. Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker Tripel-Punkt: Gas, Flüssigkeit, Festkörper im Gleichgewicht g Drei Temperaturskalen in Gebrauch: - Celsius-Skala ϑ in oC - Kelvin-Skala T in K (Wissenschaft) - Fahrenheit-Skala (A l h ) (Angelsachsen) tf in oF Es gilt: Temperatur p nach oben unbegrenzt g Temperatur nach unten begrenzt Def.: T = 0 K Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker 9 3 Thermische 9.3 Th i h A Ausdehnung d h Längenausdehnung α : Längenausdehnungskoeffizient Volumenausdehnung γ = Δ V/V ΔT γ : Volumenausdehnungskoeffizient γ = 3 α für isotrope Materialien Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker Ursache für Längenausdehnung ? Epot (x) Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker Längenausdehnugskoeffi ienten koeffizienten Volumenausdehnungskoeffizienten Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker 9.4 Wärmekapazität Frage: Was ist Wärme Q ? Antwort: Energie, die von System 1 auf System 2 übergeht wegen einer Temperaturdifferenz ΔT Es gilt: Zufuhr von Wärme Es g gilt: Zufuhr von g gleicher Wärmemenge g Q kann zu unterschiedlichen ΔT führen = f (Wärmekapazität C) Wärme: (meist) Temperaturerhöhung ΔQ und C(T) werden an Standardobjekt definiert Man nehme: 1kg Wasser mit ϑ = 14,5 14 5 oC und führe ΔQ zu, bis ϑ = 15,5 oC Def : Def.: ΔQ = 4,187 4 187 kJ ( = 1 kcal (nicht mehr erlaubt)) Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker Es gilt: C~m D f Def.: spezifische ifi h Wärmekapazität Wä k ität c = C/m C/ kJ / (kg (k K) Für praktische Zwecke gilt: Spezifische p Wärmekapazitäten p Spezifische Wärmekapazität von Wasser = f (T) Doris Samm FH Aachen 9. Wärmelehre Physik für Informatiker Es gilt: Trotz Wärmezufuhr kann ΔT = 0 sein. Grund: Phasenübergang Beispiele: Flüssig Æ gasförmig fest Æ flüssig Die zur Umwandlung notwendige Wärme = latente Wärme z.B. B S Schmelzwärme h l ä QS, Verdampfungswärme V d f ä QV Doris Samm FH Aachen
