Wärme als Energieübertragung

Einstieg — Energie geht immer nur in eine Richtung

Ein heißer Löffel im kalten Tee wird kühler, der Tee etwas wärmer. Umgekehrt passiert das nie — obwohl es die Energieerhaltung erlauben würde.

Berühren sich zwei Körper mit verschiedener Temperatur, wird Energie übertragen.

Richtung:Die Energie geht immer vom wärmeren zum kälteren Körper.
Ende:Die Übertragung hört auf, sobald beide dieselbe Temperatur haben.
Name:Diese übertragene Energie heißt in der Physik Wärme.

Merke

Wärme als Energieübertragung

Richtung: Berühren sich zwei Körper verschiedener Temperatur, geht Energie immer vom wärmeren zum kälteren Körper über, bis beide gleich warm sind.

Name: Diese übertragene Energie heißt Wärme.

Erklärung — Wärme ist übertragene Energie

Nicht das, was ein Körper hat — sondern das, was zwischen zwei Körpern fließt.

Merke

Wärme ist übertragene Energie:

Q = Energie, die von einem Körper auf einen anderen übergeht

Q: Wärme, gemessen in Joule (J).

Richtung: Immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

kein Bestand: Ein Körper hat keine Wärme, er gibt sie ab oder nimmt sie auf.

Definition: Wärme \(Q\) ist übertragene Energie, gemessen in Joule; ein Körper hat keine Wärme, nur innere Energie.

Wirkung: Gibt ein Körper Wärme ab, sinkt seine innere Energie, nimmt er sie auf, steigt sie.

Abhängigkeit: Die Wärme hängt ab von Masse, Stoff und Temperaturdifferenz, nicht von der Zeit.

Drei Wege: Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung.

Der Unterschied zur inneren Energie ist entscheidend.

Bestand:Ein Körper hat innere Energie, aber niemals Wärme.
Nur unterwegs:Wärme gibt es ausschließlich während einer Übertragung.
Abgabe:Gibt ein Körper Wärme ab, sinkt seine innere Energie.
Aufnahme:Nimmt er Wärme auf, steigt seine innere Energie.

Wovon die übertragene Wärme abhängt

Drei Größen entscheiden, wie viel Wärme ein Körper abgibt oder aufnimmt.

Masse:Mehr Stoff bedeutet mehr übertragene Energie.
Stoff:Wasser und Eisen verhalten sich bei gleicher Masse völlig verschieden.
Temperaturdifferenz:Je größer die Erwärmung oder Abkühlung, desto mehr Wärme.
Ohne Einfluss:Ausgangstemperatur allein, Dichte, Volumen und vergangene Zeit.
Die Zeit bestimmt nur, wie schnell übertragen wird, nicht wie viel insgesamt.

Drei Wege der Wärmeübertragung

Wie Energie von einem Körper zum anderen gelangt
Art	Wo sie auftritt	Beispiel
Wärmeleitung	vor allem in festen Körpern	Der Löffelstiel wird heiß, obwohl nur die Spitze in der Suppe steckt.
Wärmeströmung	in Flüssigkeiten und Gasen	Warmes Wasser steigt im Topf nach oben, kaltes sinkt nach unten.
Wärmestrahlung	auch ohne Materie, sogar im Vakuum	Die Sonne erwärmt die Erde durch 150 Millionen km leeren Raum.

Drei Sätze aus der Lernzielkontrolle:

Richtig:„Eine heiße Wärmflasche hat eine hohe thermische Energie.“ — thermische Energie ist ein Bestand.
Falsch:„Kalter Tee hat eine geringe Wärme.“ Richtig heißt es: geringe innere Energie.
Falsch:„Beim Erwärmen werden die Teilchen langsamer.“ Richtig ist: schneller.

Interaktiv: Der Energiefluss

Zwei gleich große Wasserportionen werden in Kontakt gebracht — die Pfeile zeigen, wohin die Energie fließt und wie stark der Fluss gerade noch ist.

Körper A — Anfangstemperatur 80 °C

Körper B — Anfangstemperatur 10 °C

Zwei Beobachtungen: Der Fluss geht immer vom wärmeren zum kälteren Körper — nie umgekehrt. Und er wird immer schwächer, je näher sich die Temperaturen kommen. Bei gleicher Temperatur hört die Übertragung ganz auf: Die Körper sind im thermischen Gleichgewicht.

Hinweise — Sprachliche Fallen

So formulierst du richtig.

Innere Energie statt Wärme

Statt „Der Körper hat viel Wärme“: „Der Körper hat eine hohe innere Energie.“

Es gibt keine Kälte

Statt „Kälte dringt ein“: „Der Körper gibt Wärme ab.“ Kälte gibt es physikalisch nicht.

Jacke erzeugt keine Energie

Statt „Die Jacke wärmt“: „Die Jacke verringert die Wärmeabgabe.“ Sie erzeugt keine Energie.

Ein Beispiel aus dem Arbeitsblatt

Zwei Alltagssätze, physikalisch nachgerechnet:

Tür zu:Es bleibt keine Wärme drin — es wird nur weniger Energie nach draußen übertragen.
Ölpipeline:Die großen Schleifen bremsen das Öl nicht, sie sind Dehnungsbögen.
Zweck:Sie fangen die Längenänderung bei Temperaturschwankungen auf.