Hauptsätze der Wärmelehre (Thermodynamik)

Hauptsätze der Wärmelehre (Thermodynamik)
Die Hauptsätze der Wärmelehre beschäftigen sich einerseits mit einem Temperaturphänomen: der
absolute Nullpunkt kann nicht erreicht werden. Andererseits beschäftigen sie sich mit einem
bekannten Übertragungsphänomen: Wärme fließt von selbst nur von einem heißen zu einem
kalten Körper.
1. NULLTER HAUPTSATZ
Wenn zwei Körper die gleiche Temperatur haben, befinden sie sich in einem thermischen
Gleichgewicht. Wenn A und B dieselbe Temperatur haben, sowie B und C dieselbe Temperatur, dann
weiß man, dass auch A und C dieselbe Temperatur haben”.
Erläuterung: Dieses Gesetz wurde erst nach den drei anderen Hauptsätzen formuliert. Da es eine
wichtige Basis bildet, wurde es später als 0. Hauptsatz bezeichnet. Es erlaubt wissenschaftlich die
Anwendung von Thermometern. Wir verwenden Thermometer, um zu etwa zu zeigen, dass zwei
Flüssigkeiten A und C dieselbe Temperatur haben, die das Thermometer B in jeweils A und in C zeigt.
2. ERSTER HAUPTSATZ
Die Innere Energie eines Systems kann durch Zufuhr von Arbeit oder durch Zufuhr von Wärme erhöht
werden.
Beispiel: Der Schmied kann das Eisen rotglühend machen, in dem er mit dem Hammer darauf schlägt
(Zufuhr von Arbeit) oder es in das Feuer legt (Zufuhr von Wärme).
3. ZWEITER HAUPTSATZ
Wärme fließt von selbst nur von einem heißen System zu einem kalten System.
Beispiel: Beim Kontakt von kaltem Eisen und warmer Hand wird die Hand kälter und das Eisen
wärmer. Es wäre auch schwer vorstellbar, dass es anders wäre, das Eisen noch kälter und die Hand
noch wärmer.
4. DRITTER HAUPTSATZ
Der absolute Nullpunkt der Temperatur -273, 16 °C (das sind 0 Kelvin) ist unerreichbar.
Erläuterung: Da Temperatur ein Maß für die Bewegungsenergie der Atome ist, wird die Temperatur
nie 0, da die Bewegung eines Atoms nicht exakt zum Stillstand kommen kann, etwas bewegt sich
immer noch, und sei es in immer weiter entfernten Kommastellen.
WEITERE DEFINITIONEN
Bei der Wärmelehre ist es wichtig, die Begriffe genau auseinanderzuhalten.
Jeder Körper (jedes “System”) hat eine bestimmte Innere Energie U. Sie ist zusammengesetzt aus
Bewegungsenergie der sich ungeordnet bewegenden Atome, und aus Bindungsenergie.
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt an, wieviel Energie zugeführt werden muss, um die
Temperatur von 1 kg des Stoffes um 1°C zu erhöhen.
Die Temperatur ist ein Maß für die Bewegungsenergie der sich ungeordnet bewegenden Atome eines
Systems.
Wärme ist die Energie, die zwischen einem System und seiner Umgebung aufgrund eines
Temperaturunterschieds ausgetauscht wird.
WÄRMEÜBERTRAGUNG
Durch direkten Kontakt: Wärmeleitung (Beispiel: Hand – kaltes Metall)
Durch Strahlung: Wärmestrahlung (Beispiel: Sonne, Lebewesen)
Durch Transport von Materie: Konvektion (Beispiel: Thermik)
1. Definiere den Begriff Thermodynamik und erkläre die beiden Phänomene, die die
Thermodynamik zeigt.
2. Nenne die Anzahl der Hauptsätze und begründe die eigenartige „Nummerierung“
3. Erkläre folgende Begriffe mit eigenen Worten:
Energie U; spezifische Wärmekapazität; Wärme; Temperatur
4. Beschreibe die Hauptsätze der Wärmelehre mit eigenen Worten.