Was in einem Stoff steckt
Jeder Stoff speichert Energie in seinen Teilchen — zusammen heißt sie innere Energie.
- System:der betrachtete Stoff oder das Reaktionsgemisch, z. B. der Inhalt eines Reagenzglases.
- Umgebung:alles außerhalb des Systems — Glaswand, Luft, Labor.
- Innere Energie \(U\):die gesamte im System gespeicherte Energie.
- Kernenergie:steckt in den Atomkernen; bleibt bei chemischen Reaktionen unverändert.
- Chemische Energie:steckt in Bindungen und Elektronenhüllen; ändert sich, wenn Bindungen gespalten und neu geknüpft werden.
- Thermische Energie:Bewegungsenergie der Teilchen (Fliegen, Drehen, Schwingen); steigt mit der Temperatur.
System und Umgebung: Das System ist der betrachtete Stoff, die Umgebung alles außerhalb.
Innere Energie: \(U\) ist die gesamte im System gespeicherte Energie.
\(U = E_{\text{Kern}} + E_{\text{chem}} + E_{\text{therm}}\)
Anteile: Die Kernenergie bleibt bei chemischen Reaktionen unverändert; chemische Energie steckt in Bindungen und Elektronenhüllen; thermische Energie ist die Bewegungsenergie der Teilchen und steigt mit der Temperatur.
Nur Änderungen zählen
Den Wert von \(U\) kennt niemand — messbar ist nur, um wie viel sich \(U\) bei einem Vorgang ändert.
- Änderung:\(\Delta U = U_{\text{nachher}} - U_{\text{vorher}}\)
- \(\Delta U > 0\):Das System hat Energie aus der Umgebung aufgenommen.
- \(\Delta U < 0\):Das System hat Energie an die Umgebung abgegeben.
- \(\Delta U = 0\):Energie wurde im System nur umgewandelt, z. B. chemische in thermische Energie.
- Energieerhaltung:Energie entsteht nicht neu und geht nicht verloren. „Energieverlust“ heißt fachlich: Energie wurde an die Umgebung abgegeben.
Änderung: Nur die Änderung von \(U\) ist messbar.
\(\Delta U = U_{\text{nachher}} - U_{\text{vorher}}\)
Vorzeichen: \(\Delta U > 0\): Energie aus der Umgebung aufgenommen; \(\Delta U < 0\): Energie an die Umgebung abgegeben.
Energieerhaltung: Energie entsteht nicht neu und geht nicht verloren; „Energieverlust“ heißt, Energie wurde an die Umgebung abgegeben.
Wähle einen Vorgang und ziehe die Säule „nachher“ auf die Säule „vorher“ (oder Punkt anwählen und Pfeiltasten). Erst in der Überlagerung wird \(\Delta U\) sichtbar.
Halte fest: Bei einer Reaktion wird chemische in thermische Energie umgewandelt (oder umgekehrt) — \(U\) ändert sich erst, wenn Energie die Grenze zur Umgebung überquert.
Allgemeine Hinweise
U ist kein Messwert
Für die innere Energie gibt es kein Messgerät. Gemessen wird immer nur ihre Änderung, z. B. über die Temperatur der Umgebung.
Kernenergie bleibt außen vor
Bei chemischen Vorgängen bleiben die Atomkerne unverändert — in Energiebilanzen der Chemie taucht die Kernenergie deshalb nie auf.
Temperatur ist nicht U
Die Temperatur zeigt nur die thermische Energie an. Ein kalter Stoff kann in seinen Bindungen viel chemische Energie gespeichert haben.