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Wärme

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Wärme ist in der Physik die Energie, die zwischen zwei thermodynamischen Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird. Beide Systeme ändern dabei ihren Zustand. Wärme fließt stets vom Ort höherer Temperatur zum Ort tieferer Temperatur. Der Wärmetransport kann durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder ein strömendes Medium (Konvektion) erfolgen. In vielen Fällen steigt dabei die tiefere und verringert sich die höhere der beiden Temperaturen, aber es gibt auch Ausnahmen, wenn z. B. Eis von 0 °C sich durch Wärmezufuhr in Wasser von 0 °C umwandelt. .

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Wärme ist in der Physik die Energie, die zwischen zwei thermodynamischen Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird. Beide Systeme ändern dabei ihren Zustand. Wärme fließt stets vom Ort höherer Temperatur zum Ort tieferer Temperatur. Der Wärmetransport kann durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder ein strömendes Medium (Konvektion) erfolgen. In vielen Fällen steigt dabei die tiefere und verringert sich die höhere der beiden Temperaturen, aber es gibt auch Ausnahmen, wenn z. B. Eis von 0 °C sich durch Wärmezufuhr in Wasser von 0 °C umwandelt. Alle anderen Energieformen, die von einem System auf ein anderes übergehen, werden zusammenfassend als Arbeit bezeichnet. Die Summe von Wärme und Arbeit bestimmt die Änderung der inneren Energie jedes Systems (1. Hauptsatz der Thermodynamik). Während Arbeit stets mit einer Änderung von äußeren Parametern verbunden ist, wie z. B. Vergrößerung oder Verkleinerung der räumlichen Ausdehnung, verändert Wärme die Entropie des betreffenden Systems. Eine Maschine, die fortwährend Wärme aufnimmt und Arbeit leistet, heißt Wärmekraftmaschine. Aus prinzipiellen Gründen, die der 2. Hauptsatz der Thermodynamik näher beschreibt, muss dabei ein Teil der aufgenommenen Wärme als Abwärme abgeführt werden. Eine kontinuierliche Umwandlung von Wärme in Arbeit kann daher nicht vollständig erfolgen. In der grundlegenden Erklärung der thermodynamischen Phänomene durch die statistische Mechanik besteht jedes System aus einer Vielzahl einzelner Teilchen, die auf verschiedene Energieniveaus verteilt sind. Sie wechseln statistisch fluktuierend zu anderen Niveaus, wobei aber im Gleichgewichtszustand die durchschnittliche Besetzungszahl jedes Niveaus gleich bleibt und in Form einer statistischen Verteilung festgelegt ist. Zufuhr oder Abgabe von Wärme beeinflusst die durchschnittlichen Besetzungszahlen, während Arbeit, die am System oder vom System geleistet wird, die Energien der einzelnen Energieniveaus anhebt bzw. absenkt. Die international verwendete Einheit für Wärme ist das Joule, früher war auch Kalorie üblich. Das Formelzeichen der Wärme ist meist . Im allgemeinen Sprachgebrauch wird die physikalische Wärme häufig mit den Begriffen Wärmeinhalt oder thermische Energie verwechselt. Diese sind in der Physik jedoch Zustandsgrößen. Ihre Werte bestimmen sich daher allein durch den momentanen Systemzustand (z. B. gegeben durch Druck, Temperatur, sowie Art und Menge des Stoffes). Die Größe einer Wärmemenge hängt nach der physikalischen Definition aber erstens von einem Anfangs- und einem Endzustand ab, sowie zweitens davon, wie der Prozess abläuft, der den einen in den anderen überführt. Wärme ist in der Physik keine Zustandsgröße, sondern eine Prozessgröße.

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