Arbeit, Wärme und Energie: Begriffe und Zusammenhänge

Arbeit und Wärme

Die Arbeit und die Wärme sind Prozesse, bei denen Energie ausgetauscht wird. Energie, die als Arbeit oder Wärme übertragen wird, kann gemessen werden. Zwei Körper, die miteinander in Kontakt stehen, befinden sich im thermischen Gleichgewicht, wenn sie dieselbe Temperatur haben.

Wärmeübertragung

Die Wärmeübertragung besteht aus Energie, die von einem heißen Körper (höhere Temperatur) auf einen kälteren Körper (niedrigere Temperatur) übergeht, sofern die Körper in Kontakt stehen.

Spezifische Wärmekapazität

Die spezifische Wärmekapazität oder spezifische Wärme eines Stoffes ist die erforderliche Energie, um die Temperatur von 1 kg Masse des Körpers um ein Grad Celsius (oder ein Kelvin) zu erhöhen. Ihre Einheiten sind:

• J / (kg °C)
• J / (kg K)

Latente Wärme

Die latente Wärme bei einer Zustandsänderung ist die Wärmemenge, die pro Kilogramm eines reinen Stoffes aufgenommen oder abgegeben wird, wenn dieser seinen Aggregatzustand bei bestimmtem Druck und bestimmter Temperatur ändert.

Kalorimeter

Ein Kalorimeter wird verwendet, um die spezifische Wärmekapazität von Substanzen zu bestimmen.

Arbeit und Joule

Arbeit liegt vor, wenn an einem Objekt Energie übertragen wird, weil eine Kraft eine Verschiebung verursacht. Arbeit wird in Joule gemessen. Eine Arbeitseinheit (1 J) ist gleich der geleisteten Arbeit, wenn eine Kraft von 1 Newton entlang einer Verschiebung von 1 Meter wirkt (1 J = 1 N·m).

Leistung und Einheiten

Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet wird. Ein Watt (W) ist die Leistung von einem Joule pro Sekunde (1 W = 1 J/s). Eine Kilowattstunde Arbeit entspricht der Arbeit, die eine 1-kW-Maschine in einer Stunde verrichtet: 1 kW·h = 3.600.000 J. Eine Pferdestärke (PS) entspricht ungefähr 736 W.

Kinetische Energie

Kinetische Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung besitzt und mit der er Arbeit verrichten kann. Sie hängt von zwei Faktoren ab: der Masse des Körpers und seiner Geschwindigkeit. Die Änderung der kinetischen Energie ist gleich der von der resultierenden Kraft am Körper verrichteten Arbeit (Arbeit-Energie-Satz).

Potentielle und elastische Energie

Die potentielle Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Lage hat; diese Energie hängt von der Position ab, die der Körper einnimmt. Das Gravitationspotential entspricht der Arbeit, die nötig ist, um die Energie eines Körpers auf eine bestimmte Höhe zu erhöhen. Ein Körper besitzt auch potenzielle Energie, wenn er elastisch komprimiert oder gedehnt ist. Die elastische Energie ist eine Form der mechanischen Energie.

Energieerhaltung

Die Summe von kinetischer und potenzieller Energie (mechanische Energie) bleibt in einem abgeschlossenen System ohne dissipative Kräfte an jedem Punkt konstant.