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Innere Energie wird durch die Umwandlung von Hitze und Arbeit definiert. Aber wie wird Wärme gemessen? Jeder Stoff besitzt Wärmeenergie.
Wenn ein System eine Temperaturdifferenz mit seiner Umgebung erlebt, fließen thermische Energieströme von der Materie der höheren Temperatur zur Materie der niedrigeren Temperatur. Diese thermische Energieübertragung wird auch als Wärmeübertragung bezeichnet und wird in Joule gemessen. Die Temperatur hingegen beschreibt eine Eigenschaft der thermischen Energie und wird in Celsius oder Kelvin gemessen.
Die Temperatur ist also substanzunabhängig, im Gegensatz zu Wärme, die von der Anzahl und Art der Molekülen in einem System abhängig ist. Wärme kann mit einer Technik namens Kalorimetrie gemessen werden, die das Verhältnis zwischen der Wärme und der Veränderung der Temperatur eines Systems nutzt. Wenn ein Stück Eisen bei 114 Grad Celsius in Wasser mit Raumtemperatur getaucht wird, strömt Wärme vom Eisen zum Wasser bis sie die gleiche Temperatur haben.
Sobald es keinen Netto-Wärmestrom mehr gibt, befinden sie sich im thermischem Gleichgewicht. In einem isolierten System gewinnt das Wasser genau so viel Wärme, wie das Eisen verliert. Aber die Endtemperatur beträgt nur ein Grad über der Anfangstemperatur des Wassers, während das Eisen um 93 Grad Celsius abgekühlt ist.
Die Menge der übertragenen Wärme ist proportional zur Temperaturänderung delta T.Die Proportionalitätskonstante C oder die Wärmekapazität"ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur eines Systems um ein Kelvin oder ein Grad Celsius zu erhöhen. Die Wärmekapazität hängt von der Art des Stoffes ab:ein System mit einer großen Wärmekapazität wie Wasser muss mehr Wärme absorbieren, um seine Temperatur zu erhöhen als ein System mit einer geringeren Wärmekapazität, wie z.B.Eisen. Die Wärmekapazität hängt auch von der Masse der Substanz ab.
Spezifische Wärmekapazität, Cs, oder molare Wärmekapazität, Cm, beschreibt die benötigte Wärmemenge um die Temperatur von 1 Gramm oder 1 Mol einer Substanz um 1 Grad Celsius zu erhöhen. Daher wird die Einheit entweder in Joules/angegeben, oder als Joules/Wenn also spezifische Wärmekapazitäten und Temperaturänderung eines Systems bekannt sind, kann der Wert für Wärme aus ihrem Produkt berechnet werden.
Mikroskopisch gesehen ist thermische Energie die kinetische Energie, die mit der zufälligen Bewegung von Atomen und Molekülen verbunden i…
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