Thermische Energie
Thermische Energie, umgangssprachlich meist falsch als Wärme, Wärmeenergie oder auch Temperatur bezeichnet, ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist. Sie wird im SI - Einheitensystem in Joule [J] gemessen.
Die Thermische Energie eines Stoffes ist definiert als
E(th) = n C T mit n = Stoffmenge, C = mittlere thermische Energiekapazität und T = absolute Temperatur.
Eine Wärmezufuhr steigert die Bewegung der Moleküle und damit die Thermische Energie, eine Wärmeabfuhr verringert sie. Ist die Bewegung der einzelnen Atome eines Stoffes null, ist, da n und C stets größer Null sind, seine Temperatur am absoluten Nullpunkt. Die Kelvin-Temperaturskala verwendet diesen als Bezugspunkt.
Kommen zwei Systeme, die unterschiedliche Temperaturen haben zusammen, so gleichen sich die Temperaturen dieser Systeme durch Wärmeaustausch an; Dabei wird, ohne zusätzliche Hilfe, nie Wärmeenergie vom System niedrigerer Temperatur in das höherer Temperatur übergehen (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Diese Angleichung erfolgt so lange, bis keine Temperaturdifferenz zwischen den Systemen mehr auftritt. Diesen Vorgang nennt man Wärmeübertragung.
Umgangssprachlich werden Wärme, Thermische Energie und Temperaturmessung oft verwechselt. Um den Unterschied deutlicher zu machen hier ein Beispiel:
Man hat zwei Gefäße, eines mit 1 kg flüssigen Wassers mit einer Temperatur von 100 °C, eines mit 10 kg flüssigen Wassers mit einer Temperatur von 50 °C. Welches Wasser ist wärmer?
1.) Umgangssprachlich gesehen ist natürlich das Wasser mit 100 °C wärmer. Die eigenliche Frage zu dieser Antwort lautet jedoch: "Welches Wasser hat die höhere Temperatur?"
2.) Wenn man jedoch von einem Konzept der Wärme als thermischen Energieinhalt des Stoffes ausgeht, sieht die Angelegenheit schon ganz anders aus. Die in 1 kg Wasser enthaltene Wärme ist der Energiebetrag, den man abführen muss bis das Wasser auf den Absoluten Nullpunkt (-273.15 °C) abgekühlt ist. Nun ist zwar die Wärmemenge die pro kg aus dem 100 °C heißen Wasser gewonnen werden kann größer als die aus 50 °C heißen Wasser, aber nicht viel. Hingegen hat man 10 kg vom 50 °C heißen Wasser zur Verfügung, und diese beinhalten viel mehr Wärme als das eine kg 100 °C heisses Wasser.
Ein anderes Beispiel, das den Unterschied zwischen Wärme und Temperatur verdeutlicht, ist ein Schmelzvorgang. Hat man Eis mit einer Temperatur von 0 °C muss, um es zu schmelzen, seine thermische Energie erhöhen. Dazu muss man Wärme zuführen, Die Temperatur steigt während des Schmelzvorganges nicht an, da die gesamte zugeführte Wärme für den Phasenübergang (fest/flüssig) benötigt wird.