Wärme als Energie

Temperatur und Wärmeenergie

Wenn es draußen kalt ist, trinken viele Menschen gerne einen warmen Kakao. Sicher ist dir beim Zubereiten des Kakaos schon einmal aufgefallen, dass es einen Unterschied macht, ob du das Kakaopulver in warmer oder kalter Milch löst. Wenn du das Kakaopulver nämlich in kalte Milch mischst, dauert es viel länger, bis es sich ganz aufgelöst hat. In warmer Milch gelöst geht das hingegen viel schneller.

Das unterschiedliche Lösungsverhalten des Kakaos ist unter anderem durch die Temperatur bestimmt. Aber worin unterscheidet sich warme Milch denn eigentlich von kalter Milch? Die Antwort ist die unterschiedlichen Thermische Energie der Milch. In diesem Thema geht es um die Natur der Temperatur auf mikroskopischen Skalen: Jeder Stoff besteht dem Teilchenmodell nach aus kleinsten Teilchen, die sich ständig wild hin- und herbewegen. Je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto wilder und schneller bewegen sich dessen kleinste Teilchen. Daher löst sich Kakao in warmer Milch schneller.

Zwischen den Teilchen herrschen auch anziehende Kräfte, die die Teilchen an ihrer Position halten. Je heißer ein Stoff, desto leichter können diese Kräfte überwunden werden und der Stoff ist flüssig oder gasförmig. Je kälter ein Stoff, desto weniger Bewegungsspielraum haben sie und der Stoff ist fest. Daher können auch die Aggregatzustände und Übergänge zwischen ihnen durch das Teilchenmodell erklärt werden.

Wärmeübertragung

Wenn du nun also deinen Kakao zubereitet hast, nutzt du wahrscheinlich einen metallischen Löffel, um ihn umzurühren. Dann wird dir auffallen, dass der Löffel ziemlich schnell warm wird. Die Wärme wurde also vom Kakao auf den Löffel übertragen. Auch in einem Zimmer wird es überall warm, obwohl nur ein Heizkörper in der Ecke steht. Wärme ist also nicht an einen Gegenstand gebunden, sondern kann sich ausbreiten. Wärme kann sich sogar durch das Weltall ausbreiten, denn nur so kann die Erde von der Sonne gewärmt werden.

In dem Thema Wärmeübertragung geht es um die drei Arten der Wärmeübertragung: Die Wärmeleitung, die Wärmeströmung (Konvektion) und die Wärmestrahlung. Außerdem erfährst du, wie du die Übertragung von Wärme durch Dämmung verhindern kannst.

Wärmekraftmaschinen

Bei der Zubereitung deines Kakaos benötigst du Milch und diese befindet sich meist im Kühlschrank. Möglicherweise ist dir schon einmal aufgefallen, dass der Kühlschrank an seiner Rückseite erstaunlich warm ist, obwohl er eigentlich kühlen soll. Auch in den Tiefkühltruhen im Supermarkt kannst du an der richtigen Stelle warme ausströmende Luft wahrnehmen.

Die Wärme bzw. Temperatur spielt hier eine wichtige technische Rolle, ohne die ein Kühlschrank nicht funktionieren würde. In dem Thema Thermische Energie und Wärmekraftmaschinen lernst, du warum es Wärme bedarf, um Kälte zu erzeugen. Die Temperatur als eine der Zustandsgrößen eines Systems kann durch Ab- und Zuwärme gezielt verändert werden, damit dieses System Arbeit verrichtet. Durch solche thermodynamischen Kreisprozesse funktionieren beispielsweise viele Motoren. Verläuft der Kreisprozess in die andere Richtung, handelt es sich um eine Wärmepumpe, wie der Kühlschrank eine ist.