Temperatur a Wäermt
Temperatur a Wäermt sinn enk verbonnen, awer net datselwecht. Temperatur beschreift den thermeschen Zoustand vun engem System; Wäermt ass Energie, déi wéinst engem Temperaturënnerscheed iwwer d’Systemgrenz transferéiert gëtt. Dës Trennung ass zentral fir Kalorimetrie a Phaseniwwergäng.
Temperatur an thermescht Gläichgewiicht
Zwee Systemer am thermesche Gläichgewiicht hunn déiselwecht Temperatur an tausche keng Netto-Wäermt aus. Bei engem monoatomaren ideale Gas hänkt Temperatur direkt mat der mëttlerer translationaler kinetescher Energie zesummen; a Flëssegkeeten a Feststoffer gehéieren och Interaktiounen a Vibratiounen zur interner Energie.
Wäermekapazitéit a sensibel Wäermt
Ouni Phaseniwwergang a bei bal konstanter spezifescher Wäermekapazitéit gëllt q = mcΔT. D’Wäermekapazitéit vum ganzen Objet ass extensiv; déi spezifesch Kapazitéit ass pro Mass, déi molar pro Mol.
Latent Wäermt a Phaseniwwergäng
Bei engem Phaseniwwergang éischter Uerdnung ënner festem Drock kann Energie opgeholl oder ofgi ginn, ouni datt d’Temperatur ännert: q = nΔHTransitioun. Beim Schmëlze verännert d’Energie d’Struktur; beim Verdampen trennt se Moleküllen géint intermolekular Attraktiounen.
Kalorimetrie als Energiebilanz
An engem isoléierte Kalorimeter ass ongeféier qwaarm + qkal + qKalorimeter = 0. Ouni zousätzlech Reaktioun oder Phaseniwwergang läit d’Endtemperatur tëscht den Ufankstemperaturen.
Real Experimenter musse Wäermtverloscht, Behälterkapazitéit a Sensordynamik berücksichtegen.
Kelvin, Celsius an Temperaturdifferenzen
En Ënnerscheed vun 1 K ass gläich grouss wéi 1 °C, also däerfe béid fir ΔT an q = mcΔT benotzt ginn. Formele mat absoluter Temperatur, wéi Gasgesetzer an Entropierelatiounen, verlaange Kelvin.
0 K ass den thermodynameschen Nullpunkt, awer net onbedéngt „null Energie“: Quantesystemer kënnen Nullpunktsenergie behalen.
Mechanisme vum Wärmetransport
Leedung iwwerdréit Energie duerch mikroskopesch Interaktiounen an der Matière; Konvektioun transportéiert Energie mat enger beweegter Flëssegkeet oder engem Gas; Wärmestralung transportéiert Energie elektromagnetesch a brauch kee materiellt Medium.
An reale Systemer wierken déi dräi Mechanismen dacks zesummen. E Metallstéck, dat an der Loft ofkillt, leet Energie intern weider, gëtt se duerch Konvektioun un d’Loft of a strahlt Infraroutenergie of.
Vun der mikroskopescher Beweegung bis zur Wärmetechnik
D’Wärmekapazitéit weist intern Fräiheetsgraden
En idealen monoatomaresche Gas späichert thermesch Energie virun allem an der Translatioun. Molekülle kënnen zousätzlech Energie a Rotatioun a Vibratioun späicheren, wann dës Modi thermesch zougänglech sinn. Dofir ënnerscheede sech molar Wärmekapazitéiten a kënne mat der Temperatur variéieren.
Och bei Festkierper si bei niddreger Temperatur vill Schwéngungsmodi kaum aktiv; bei méi héijer Temperatur droen ëmmer méi Modi bäi.
Thermesch Ausdehnung bedeit net, datt Atomer méi grouss ginn
Beim Erwiermen klëmmt d’mëttel atomar Distanz meeschtens, well interatomar Potenzialwellen asymmetresch sinn. D’Atomer selwer schwëlle net un. Dësen Effekt ass wichteg bei Brécken, Schinnen, Präzisiounsinstrumenter a Bimetallsträifen.
D’Ofkillgeschwindegkeet ass e Transportproblem
D’Thermodynamik bestëmmt den endgültegen Equilibriumszoustand; de Wärmetransport bestëmmt, wéi séier en erreecht gëtt. D’Newtonscht Ofkillgesetz ass eng nëtzlech Approximatioun, wann de konvektive Wärmverloscht ongeféier proportional zum Temperaturënnerscheed mat der Ëmgéigend ass.
Geometrie, Loftstroum, Emissivitéit a Wärmeleedfäegkeet kënnen d’Ofkillzäit staark änneren, ouni den Equilibriumszoustand ze änneren.
Duerchgerechent Beispill: Waasser mëschen
100 g Waasser bei 80 °C gi mat 100 g Waasser bei 20 °C an engem ideal isoléierte Behälter gemëscht. Well béid Portiounen déiselwecht Mass an déi selwecht spezifesch Wärmekapazitéit hunn, gëtt d’Energiebilanz eng Endtemperatur vun 50 °C.
Wann déi waarm Portioun Koffer amplaz Waasser wier, läich d’Endtemperatur vill méi no bei der Ausgangstemperatur vum Waasser, well Koffer eng vill méi kleng spezifesch Wärmekapazitéit huet. Gläich Masse bedeiten net gläich thermesch Kapazitéiten.
Energie beim Kachen
Bei 1 atm kann flëssegt Waasser no bei 100 °C bleiwen, obwuel weider Energie zougefouert gëtt, well dës Energie an d’Verdampfung geet. D’Temperatur klëmmt eréischt nees nom komplette Phaseniwwergang oder wann den Drock sech ännert.
Geléist Beispiller
Wäermekapazitéit
200 g Waasser ëm 10 K erwiermen, c = 4,18 J g⁻¹ K⁻¹.
Léisung
q = 200 × 4,18 × 10 = 8,36 kJ.
Phasenplateau
Firwat bleift d’Temperatur beim Äisschmëlze konstant?
Léisung
D’Energie ännert d’Phasestruktur amplaz déi mëttler thermesch kinetesch Energie ze erhéijen.
Kelvin
Dierf °C direkt an PV = nRT stoen?
Léisung
Nee. D’Gasgesetz verlaangt eng absolut Temperatur a Kelvin.