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SG023 Innere Energie U

Temperatur

Wärme

Glossar 

Physik für Schülerinnen und Schüler

Ein ausgedehnter Körper kann genauso wie ein Massenpunkt potenzielle und kinetische Energie besitzen. Wenn du Verschiebungsarbeit verrichtest, kannst du die potenzielle oder kinetische Energie des Körpers als Ganzen ("makroskopsche Energie") verändern. Wenn du aber einen Körper erwärmst, wenn du also Wärmearbeit verrichtest, z.B. indem du den Körper mit einem anderen höherer Temperatur in Kontakt bringst, dann ändert sich i.A. nichts an der potenziellen oder kinetischen Energie des Körpers. Die zugeführte Energie muss anderswo im Körper stecken: in einer Energie, die innere Energie heißt. Eine andere Defnition lautet:

       Innere Energie ist die Energie, die ein Körper hat, der im Schwerpunktssystem ruht.      

Jedes Gas, jede Flüssigkeit, jeder Festkörper besteht aus kleinsten Bauteilen (Atome, Moleküle, Ionen, ... ). Sie sind i.A. in unregelmäßiger oder regelmäßiger mehr oder weniger schneller Bewegung und bei Flüssigkeiten und Festkörpern durch Kräfte aneinander gebunden, aber auch auf Abstand gehalten. Sie besitzen für sich auch kinetische Energie und in vielen Fällen auch potenzielle Energie, Energien, die nichts zur potenziellen und kinetischen Energie des Körpers als Ganzem beitragen. In Stößen oder anderen Wechselwirkungen untereinander tauschen die kleinsten Bauteile ihre Energie mit den Nachbarn schnell aus. Einige werden langsamer, einige schneller. Wir können nur eine mittlere kinetische oder potenzielle Energie für sie angeben, womit der Mittelwert über alle Bauteile des Körpers (Durchschnittswert) gemeint ist.

Wenn du den Körper erwärmst, wächst diese mittlere Energie. Einige Atome etc. werden sogar langsamer, aber die Mehrzahl wird schneller.

     Innere Energie eines Körpers ist die Summe der kinetischen und potenziellen Energien aller seiner kleinsten Bauteile.  

Wenn ein Körper abkühlt, verliert er innere Energie, d.h. im Mittel werden seine kleinsten Bauteile langsamer und auch ihre potenzielle Energie wird im Mittel verkleinert. Energie wird in Form von Wärme nach außen abgegeben.

Die Temperatur des Wärme abgebenden Körpers sinkt dabei. Temperatur kennzeichnet keine Energien, sondern ist ein Maß für den Wärmezustand des Körpers, besser des "thermischen Zustands" des Körpers.

Ein Beispiel:

Bei einem Wasserfall stürzt Wasser aus großer Höhe (h = 50 m) auf eine Wasserfläche. 1 kg Wasser habe kurz vor dem Aufprall eine bestimmte kinetische Energie (ca. 500 J) und eine bestimmte innere Energie. Beim Aufprall brodelt und gischtet es, die Wasserteilchen werden durcheinander gewirbelt. Nach und nach wird die kinetische Energie des gefallenen Wassers umgewandelt in zusätzliche kinetische und potenzielle Energie der Wasserteilchen: nach und nach entsteht aus der kinetischen Energie des gefallenen Wassers zusätzliche innere Energie. Im Beispiel wird die innere Energie um ca. 500 J wachsen. Im Mittel werden jetzt die Wasserteilchen mehr kinetische und potenzielle Energie haben. Mit dem veränderten "thermischen Zustand" ist auch eine erhöhte Temperatur verbunden.

( September 2013 )