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Die Wärmelehre oder Thermodynamik ist ein Teilgebiet der Physik. Sie beschäftigt sich mit der Temperatur von Körpern, der Zufuhr und Abgabe von Wärme und den damit verbundenen Temperatur- und Volumenänderungen, den Aggregatzuständen und ihren Änderungen, der Wärmeübertragung und den Wärmekraftmaschinen (Verbrennungsmotoren, Turbinen, Dampfmaschinen).

Mechanische Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Lage oder seiner Bewegung mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden:

Spezielle Formen mechanischer Energie sind die potenzielle Energie und die kinetische Energie.

In einem abgeschlossenen System ist die Änderung der thermischen (inneren) Energie verbunden mit der Zufuhr oder Abgabe von Wärme und dem Verrichten mechanischer Arbeit.

$\begin{array}{l}\Delta E_{\text{therm}}=W+Q\\ \Delta E_{\text{therm}}\text{ Änderung der thermischen Energie}\\ W\text{ verrichtete mechanische Arbeit}\\ Q\text{ zugeführte oder abgegebene Wärme}\end{array}$

Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre ist der Energieerhaltungssatz für thermische Vorgänge.

Unter der Bedingung, dass keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt, gilt für die einem Körper zugeführte oder von ihm abgegebene Wärme:

$\begin{array}{l}Q=m\cdot c\cdot \Delta \vartheta \text{ bzw}\text{. }Q=m\cdot c\cdot \Delta T\\ c\text{ spezifische Wärmekapazität}\\ m\text{ Masse des Körpers}\\ \Delta \vartheta \text{, }\Delta T\text{ Temperaturänderung des Körpers}\end{array}$
 

Die thermische Leistung gibt an, wie viel Wärme in jeder Sekunde von einer Wärmequelle abgegeben wird.

Benannt ist die Einheit der Leistung nach dem schottischen Techniker JAMES WATT (1736-1819).

Als Sublimieren bezeichnet man den Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, als Resublimieren den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand. Das Sublimieren vollzieht sich schon bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur, das Resublimieren schon bei Temperaturen oberhalb der Siedetemperatur.

Die Thermografie ist ein Verfahren, bei dem mithilfe von speziellen Kameras die Wärmestrahlung sichtbar gemacht wird, die von Körpern bzw. von technischen Objekten ausgeht. Da die Intensität und Zusammensetzung der Wärmestrahlung temperaturabhängig ist, ermöglicht eine thermografische Aufnahme die Temperaturverteilung bei dem betreffenden Körper zu erkennen und daraus Folgerungen abzuleiten.

Die Verbrennungswärme gibt an, wie viel Wärme abgegeben wird, wenn eine bestimmte Menge Brennstoff (Holz, Kohle, Benzin, ...) verbrannt wird.

Die Verbrennungswärme ist von der Menge des Brennstoffes und von seinem Heizwert abhängig.

Die Wärme gibt an, wie viel thermische Energie von einem Körper auf einen anderen Körper übertragen wird.

Die Wärme ist eine Prozessgröße, da sie den Prozess der Energieübertragung zwischen Körpern beschreibt.

Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt an, wie viel Wärme von einem Kilogramm (1 kg) dieses Stoffes abgegeben oder aufgenommen wird, wenn sich seine Temperatur um ein Kelvin (1 K) ändert.

Für Natur und Technik von besonderer Bedeutung ist die spezifische Wärmekapazität von Wasser.

Von Körpern mit einer höheren Temperatur kann auf Körper mit einer niedrigeren Temperatur Energie in Form von Wärme übertragen werden.
Die Übertragung von Wärme von einem Körper auf einen anderen oder von einem Körper auf seine Umgebung kann erfolgen durch

• Wärmeströmung (Konvektion),
• Wärmestrahlung,
• Wärmeleitung.

Diese drei Arten der Wärmeübertragung können einzeln, aber auch zusammen auftreten.

Die Temperatur von Körpern kann in verschiedenen Einheiten angegeben werden. Unterschiede gibt es zwischen der gemessenen und der von uns gefühlten Temperatur.

Der Austausch von Wärme zwischen verschiedenen Körpern kann in unterschiedlicher Weise vor sich gehen: durch Wärmeleitung, Wärmeströmung oder Wärmestrahlung. Inhalte aus den genannten Themenbereichen sind Gegenstand dieses Tests.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Temperatur und Wärmeübertragung".

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WISSENSTEST

Zwischen Wärme, Energie und Arbeit gibt es einen engen Zusammenhang, der im ersten Hauptsatz der Wärmelehre formuliert ist. Technisch genutzt wird das bei Wärmekraftmaschinen, zu denen der Ottomotor und der Dieselmotor gehören. Der Zusammenhang zwischen Energie und Wärme spielt auch bei allen Aggregatzustandsänderungen eine Rolle. Um die genannten Inhalte geht es bei dem Test zu Wärme und Aggregatzustandsänderungen.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Wärme und Aggregatzustandsänderungen".

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WISSENSTEST

Ein Föhn besitzt einen hohen elektrischen Widerstand und wandelt deshalb große Mengen elektrischer Energie in Wärme um. Neben einer hochohmigen, meist spiralförmig gewickelten Glühwendel, besitzt ein Föhn auch noch ein Gebläse, mit dem Luft am Glühdraht vorbeigeleitet wird. Dadurch entsteht der warme Luftstrom, den man zum Trocknen der Haare nutzt.

Bei jeder Bremsung soll die Bewegungsenergie eines Fahrzeuges möglichst schnell in andere Energieformen umgewandelt und dadurch die Geschwindigkeit reduziert werden. Während bei herkömmlichen Bremsanlagen die Bewegungsenergie in thermische Energie umgewandelt und als Wärme an die Umgebung abgegeben wird, überführen Nutzbremsanlagen die Bewegungsenergie in elektrische Energie, die im Regelfall in einer Batterie gespeichert wird. Nutzbremsanlagen arbeiten meist nach dem Generatorprinzip.

Röntgenstrahlen gehen von derjenigen Stelle innerhalb einer Elektronenröhre aus, an der schnelle Elektronen auf die Oberfläche der Anode prallen. Seit den ersten Untersuchungen von WILHELM CONRAD RÖNTGEN (1845-1923) ist eine Vielzahl von verschiedenen Röntgenröhren entwickelt worden.

Energie ist die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen.

Die Energie ist eine Zustandsgröße und in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße. Für sie gilt der Energieerhaltuntgssatz.

Als Sublimieren bezeichnet man den Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, als Resublimieren den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand. Im Unterschied zu anderen Aggregatzustandsänderungen vollziehen sich diese Umwandlungen in einem Temperaturbereich. Es sind damit Phasenübergänge 2. Art. Wie andere Aggregatzustandsänderungen ist zum Sublimieren Wärme erforderlich, beim Resublimieren wird Wärme freigesetzt.

Thermodynamische Systeme sind physikalische Systeme, in denen thermodynamische Erscheinungen und Vorgänge ablaufen. Abgegrenzt sind sie von der Umgebung durch eine Systemgrenze, die festgelegt werden muss. Wie andere physikalische Systeme kann auch ein thermodynamisches System abgeschlossen, geschlossen oder offen sein. Charakterisiert wird der Zustand eines Systems mit Zustandsgrößen, z.B. der Temperatur, dem Druck oder dem Volumen. Die Beschreibung der Vorgänge zwischen Körpern im System und auch zwischen dem System der seiner Umgebung erfolgt durch Prozessgrößen, z.B. der Wärme und der Arbeit.

Die Thermografie ist ein Verfahren, bei dem mithilfe von speziellen Kameras die Wärmestrahlung sichtbar gemacht wird, die von Körpern bzw. von technischen Objekten ausgeht. Da die Intensität und Zusammensetzung der Wärmestrahlung temperaturabhängig ist, ermöglicht eine thermografische Aufnahme die Temperaturverteilung bei dem betreffenden Körper zu erkennen und daraus Folgerungen abzuleiten.

Die Wärme ist eine relativ komplizierte physikalische Größe, deren Wesen erst im Laufe vieler Jahrzehnte geklärt werden konnte. Heute kann man klar definieren: Die Wärme gibt an, wie viel thermische Energie von einem Körper auf einen anderen Körper übertragen wird.

Die Wärme ist wie die mechanische Arbeit eine Prozessgröße, da sie den Prozess der Energieübertragung zwischen Körpern beschreibt.

In den Hauptsätzen der Thermodynamik sind grundlegende Zusammenhänge aus diesem Teilbereich der Physik erfasst. Der 1. Hauptsatz enthält den Zusammenhang zwischen der Änderung der inneren Energie, der Wärme und der Arbeit. Er ist Grundlage für die Wirkungsweise von Wärmekraftmaschinen. Die Vorgänge bei einer solchen Maschine lassen sich als Kreisprozess beschreiben. Der zweite Hauptsatz beinhaltet eine Aussage über in der Natur mögliche Prozesse.

Im Test können zu prüfen, ob Sie wichtige Zusammenhänge verstanden haben.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Hauptsätze der Thermodynamik".

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Zum thermischen Verhalten von Körpern und Stoffen gehören die Längen- und Volumenänderung bei Temperaturänderung, die verschiedenen Aggregatzustandsänderungen sowie das Verhalten von Gasen, das unter Nutzung des Modells ideales Gas beschrieben wird. Im Test wird geprüft, inwieweit Grundkenntnisse über die genannten Inhalte vorhanden sind.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Thermisches Verhalten von Körpern und Stoffen".

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Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, auch 2. Hauptsatz der Wärmelehre genannt, macht eine Aussage über die Richtung der Energieübertragung bei Vorgängen in Natur und Technik: Wärme geht niemals von selbst von einem Körper niederer Temperatur zu einem Körper höherer Temperatur über. Dieses Gesetz wurde von dem deutschen Physiker ROBERT CLAUSIUS (1822-1888) entdeckt. Für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gibt es eine Reihe von gleichwertigen Formulierungen. In einer sehr kurzen Form lautet er:
Ein Perpetuum mobile 2. Art ist unmöglich.