Grundwissen Temperatur und Wärme

1. Größen und Einheiten

Größe	Formelzeichen	Einheit	Messgerät	Bedeutung
Temperatur		Grad Celsius 1°C	Thermometer	Gibt an, wie groß die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen eines Körpers ist. Ist ein Maß für die thermische Energie.
	T	Kelvin 1 K	Thermometer
Wärme	Q	Joule, 1 J	Uhr	Gibt an, wieviel thermische Energie zwischen zwei Körpern ausgetauscht wird. (Energie auf Wanderschaft)
spezifische Wärmekapazität	c	Joule je Kilogramm und Kelvin		Gibt an, welche Wärme zugeführt oder abgegeben wird, um die Temperatur eines Kilogramms eines Stoffes um 1 K zu ändern.
Druck	p	Pascal, 1 Pa	Barometer	Gibt an, wie groß die Kraft auf eine bestimmte Fläche ist.
Volumen	V	Kubikmeter, Liter,	Messzylinder	Gibt an, wieviel Raum ein Körper einnimmt.

2. Formeln und Gesetze

3. Zusammenhänge

Temperaturverhalten

Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes. Je höher die Temperatur, um so schneller schwingen die Teilchen und um so mehr Platz beanspruchen sie. Bei Temperaturerhöhung dehnen sich die meisten Stoffe aus.
Wasser macht eine Ausnahme: kühlt man Wasser ab, zieht es es sich bis 4°C zusammen, dehnt sich dann aber wieder aus. Wasser hat bei 4°C seine größte Dichte.
Ein Körper lässt sich solange abkühlen, bis die Teilchen nicht mehr schwingen. Diese niedrigste Temperatur ist für alle Stoffe gleich und heißt absoluter Nullpunkt. Er liegt bei -273,15 °C = 0 K.

Temperaturskalen

Es gibt verschiedene Temperaturskalen. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Festlegung der Fixpunkte.

	Celsius-Temperatur	Fahrenheit-Temperatur	Kelvin-Temperatur
unterer Fixpunkt	0°C = Schmelzpunkt des Wassers	0°F = Salz-Eis-Gemisch = -17,8 °C	0 K = absoluter Nullpunkt, Wärmebewegung der Teilchen hat aufgehört.
oberer Fixpunkt	100°C = Siedepunkt des Wassers	100°F =Körpertemperatur des Menschen = 37,8 °C	keinen, aber es gilt: 0 K = 273,15 °C. Temperaturunterschiede: 1 K = 1 °C

Ein Temperaturregler macht es möglich, mit Hilfe eines Temperaturfühlers, die derzeitige Temperatur von Luft oder Wasser zu messen. Je nachdem welche Soll-Temperatur vorgesehen ist, erhitzt der Regler anschließend das Wasser oder die Luft oder kühlt dementsprechend ab. Auch als Thermostat bekannt, wird der Regler oft in der Aquaristik und zur Innenraum Beheizung verwendet. Oft wird er mit einem Warmlufterzeuger gekoppelt, damit sich die Wärme schneller im Raum verteilt. Erhitzt sich lediglich der Heizkörper, dauert es mitunter recht lange, bis die Temperaturspürbar gestiegen ist. Wird hingegen erhitzte Luft in den Raum geblasen, erwärmt er sich deutlich schneller, da die Hitze nicht nur von einer einzigen Quelle abgegeben, sondern mit dem Luftstrom großflächig verteilt wird. Daher sind viele Heizstrahler mit einem Gebläse ausgestattet.

Gasgesetze

Der Zustand eines Gases kann durch die drei Größen Druck, Volumen und Temperatur beschrieben werden. Lässt man jeweils eine Größe konstant, gelten zwischen den anderen beiden folgende Zusammenhänge:

Name	Gesetz	Beispiel
Boylsches Gesetz:	Bei konstanter Temperatur sind Druck und Volumen zueinander umgekehrt proportional.	Presst man einen Luftballon zusammen, erhöht sich im Ballon der Druck.
Gesetz von Amontos	Bei konstantem Volumen sind Druck und Temperatur zueinander proportional.	Wird eine Spraydose in die Sonne gelegt, bleibt ihr Volumen gleich, die Temperatur erhöht sich und der Druck wird größer.
Gesetz von Gay-Lussac:	Bei konstantem Druck sind Volumen und Temperatur zueinander proportional.	Erwärmt sich in einem Zimmer die Luft, erhöht sich das Volumen der Luft und strömt durch alle möglichen Öffnungen (z.B. Schlüsselloch) nach außen.

Aggregatzustandsänderungen

In der Thermodynamik werden 3 Aggregatzustände unterschieden: fest, flüssig und gasförmig.

Bezeichnung	Übergang
Schmelzen	fest -> flüssig
Verdampfen	flüssig -> gasförmig bei Siedetemperatur
Verdunsten	flüssig -> gasförmig unter der Siedetemperatur
Kondensieren	gasförmig -> flüssig
Erstarren	flüssig -> fest
Sublimieren	fest -> gasförmig
Resublimieren	gasförmig -> fest

Ändert ein Stoff seinen Aggregatzustand, ist für diesen Übergang Energie notwendig. Diese Energie erhöht nicht die Temperatur des Stoffes, sondern dient allein zum Verändern der Teilchenanordnungen.

Wärmeübertragung

Wärme kann auf drei verschiedene Arten von einem Körper auf einen anderen übertragen werden:

Art	Erklärung
Wärmeströmung	Ein flüssiger oder gasförmiger Stoff transportiert die Wärme, indem er selbst den Ort wechselt. Beispiel: An heißen Heizkörpern strömt die Luft vorbei und transportiert die Wärme ins Zimmer
Wärmeleitung	In einem Stoff breitet sich die Wärme aus, ohne das der Stoff seinen Ort wechselt. Die Energie wird durch die Teilchenbewegung weitergeleitet. Beispiel: Die Wärme des Herdes wird durch Leitung durch den Topf auf den Inhalt übertragen.
Wärmestrahlung	Wärme wird ohne einen Stoff durch elektromagnetischen Wellen (Infrarotstrahlung) übertragen. Beispiel: Sitzt man an einem Lagerfeuer, spürt man die Wärme des Feuers durch die Strahlung.

Quiz Temperatur und Wärme