2.20 Hauptsätze der Wärmelehre 2.20.1 Erster Hauptsatz der Wärmelehre Mechanische Energie kann in Wärme und Wärme kann in mechanische Energie umgewandelt werden. Die Summe aller Energieänderungen in einem abgeschlossenen System ist gleich Null. 2.20.2 Zweiter Hauptsatz der Wärme- lehre Die Umwandlung von Arbeit in Wärme kann zur Gänze vor sich gehen, der umgekehrte Vorgang dagegen, die Verwandlung von Wärme in Arbeit, ist nur bedingt möglich. • Es ist nicht möglich, dass Wärme selbsttätig von einem Körper mit niedriger Temperatur auf einen anderen Körper mit höherer Temperatur übergeht. • Keiner technischen Einrichtung ist es möglich, ohne Aufbringung zusätzlicher Energie die Wärme der Umgebung in Arbeit umzuwandeln. • Es ist immer ein Temperaturunterschied erforderlich, wenn aus Wärme Arbeit gewonnen werden soll. Dabei ist es aber nur möglich, einen Teil der Wärme in Arbeit zu verwandeln. 2.21 Wärmemenge, Arbeit, Energie Einheit: J (Joule) Ein Joule ist jene Arbeit, die durch das Einwirken von 1 Newton verrichtet wird, wenn sich die Kraft um 1 Meter in die Richtung der Kraft verschiebt. Wärme (thermische Energie) kann in elektrische oder in mechanische Energie (Arbeit) mit mehr oder weniger großen Verlusten umgewandelt werden. Wärme ist nur eine Form von Energie (= gespeicherte Arbeit). Wärme ist eine Energieform, die durch Verbrennung, Elektrizität, Reibung, Sonne- oder Erdwärme usw. gewonnen werden kann. Erst bei einer Temperatur von 0 K oder −273,15 °C, dem absoluten Nullpunkt, ist sämtliche Wärmeenergie aus einem Körper entwichen. Es gibt auch noch andere Energiearten, wie z. B. mechanische Energie, elektrische und magnetische Energie, thermische Energie (Wärmeenergie), potentielle Energie bei Speicherkraftwerken, chemische Energie, Kernenergie usw. Bis 01.01.1978 verwendete man als Einheit für die Wärme die Kalorie (kcal) 1 kcal 4,2 J. 2.22 Spezifische Wärmekapazität c Um bei einem Stoff die Temperatur zu erhöhen, muss man ihm Energie zuführen. Diese Energie wird wieder freigegeben, wenn die Temperatur des Stoffes fällt. 14 Wärmelehre/Wärmemenge/Spezifische Wärmekapazität Physikalische Grundlagen 1 Joule = 1 Newtonmeter = 1 Wattsekunde Arbeit, Energie und Wärmemenge sind Größen gleicher Art und haben die Einheiten Joule (J), Newtonmeter (Nm) oder Wattsekunde (Ws). Die spezifische Wärmekapazität c eines festen oder flüssigen Stoffes ist jene Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg (bei gasförmigen Stoffen kann die Wärmekapazität pro m3 angegeben sein) eines Stoffes um 1 K zu erwärmen. Abb. 1: Kraft-Weg-Bild Joule Kilogramm x Kelvin J kg . K Einheit: Energieform Formelzeichen Einheit thermische Energie (Wärme) Q Joule J mechanische Energie W Newtonmeter Nm elektrische Energie W Wattsekunde Ws Umrechnungstabelle 1 J 1 Nm 1 Ws 1 kgm2/s2 1 kcal 4,187 KJ 1,163 Wh 427 kpm 1 kWh 3600 kJ 860 kcal 3,6 MJ abgeschlossenes System closed system Arbeit work Einwirkung influence Energie energy Energieänderung energy change höhere Temperatur higher temperature mechanische Energie mechanical energy niedrige Temperatur low temperature technische Einrichtung technical device (or: equipment) Umgebung environment Umwandlung conversion; change MUSTER
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