Wie rechnet man die Wärmeenergie aus?

Führt man einem Körper Wärme zu, so erhöht sich im Allgemeinen seine Temperatur. Gibt ein Körper Wärme ab, so verringert sich seine Temperatur. Um wie viel Grad sich die Temperatur eines Körpers bei bestimmter Wärmezufuhr bzw. Wärmeabgabe verändert, hängt auch von dem Stoff ab, aus dem er besteht.

Der Zusammenhang zwischen der Temperaturänderung eines Körpers und der von ihm aufgenommenen bzw. abgegebenen Wärme ist in der Grundgleichung der Wärmelehre, auch Grundgleichung der Thermodynamik oder Gleichung für die Wärme genannt, erfasst. Sie lautet:

Unter der Bedingung, dass keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt, gilt für die einem Körper zugeführte oder von ihm abgegebene Wärme:

Unter der Bedingung, dass keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt, gilt für die einem Körper zugeführte oder von ihm abgegebene Wärme:

Q=m⋅c⋅Δϑ       bzw.     Q=m⋅c⋅ΔT                      c        spezifische Wärmekapazität                      m       Masse des Körpers                 Δϑ, ΔT   Temperaturänderung des Körpers

Die Gleichung ist nicht anwendbar, wenn bei dem betrachteten Stoff eine Aggregatzustandsänderung vor sich geht. In diesem Falle muss auch noch die jeweilige Umwandlungswärme berücksichtigt werden.

Interpretation der Grundgleichung und Beispiele

Nachfolgend ist eine Interpretation der Grundgleichung gegeben und es sind jeweils Beispiele für die Anwendung genannt.

(1) Für einen bestimmten Stoff (c = konstant) mit bestimmter Masse (m = konstant) gilt:

Q~ΔT

Das bedeutet: Die Temperaturänderung ist umso größer, je größer die zugeführte bzw. abgegebene Wärme ist.

Beispiel: Je länger ein Liter Wasser auf einer Herdplatte steht, desto höher ist die Temperatur, die erreicht wird. Dabei wird natürlich vorausgesetzt, dass die Temperaturen unterhalb der Siedetemperatur liegen.

(2) Für einen bestimmten Stoff (c = konstant) und eine bestimmte Temperaturänderung (ΔT= konstant) gilt:

Q~m

Das bedeutet: Die einem Körper zugeführte oder von ihm abgegebene Wärme ist umso größer, je größer die Masse des Körpers ist.

Beispiel: Wenn sich Wasser in einem See abkühlt, dann wird wesentlich mehr Wärme frei als beim Abkühlen von 1 l Wasser um die gleiche Temperaturdifferenz.

(3) Für einen bestimmten Stoff (c = konstant) und eine bestimmte Wärme (Q = konstant) gilt:

ΔT~1m

Das bedeutet: Die Temperaturänderung ist für einen Stoff umso größer, je kleiner seine Masse ist.

Beispiel: Wenn 1 Liter Wasser und 0,5 Liter Wasser die gleiche Wärme zugeführt werden, dann erwärmen sich 0,5 Liter Wasser stärker (doppelt so stark) wie 1 Liter Wasser.

Wenn ein bestimmter Stoff erwärmt werden soll, muss diesem eine bestimmte Menge Wärme hinzugefügt werden. Da Stoffe die Wärme unterschiedlich aufnehmen, kann man diese Menge mit der Formel Q=mc*delta t berechnen. 

Die Wärmemenge Q=mc*delta t

1. Die Formel Q=mc*delta t sagt aus, welches Menge an Wärme benötigt wird, um einen Stoff auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen. Die einzelnen Werte der Formel - wie zum Beispiel m, was für Masse steht - benötigen Sie, um den Wert berechnen zu können.
2. Hierbei ist zu beachten, das Stoffe eine bestimmte Masse (m) haben. Diese ist meist vorgegeben. Das können Liter (bei Flüssigkeiten) oder Gramm (bei Gasen oder festen Stoffen) sein.
3. Die Wärmekapazität c ist für jeden Stoff festgelegt. So hat Wasser zum Beispiel eine Wärmekapazität von 4,19. Haben Sie eine Aufgabe in der Schule, so sind diese Werte meist vorgegeben.
4. Der Temperaturunterschied delta t ist der Wert, um den der Stoff erhitzt werden soll. Je höher der Wert, umso höher der Temperaturunterschied und umso mehr Wärme muss dem Stoff zugefügt werden.

Spezifische Wärme von Eis berechnen - so geht's

Beschäftigen Sie sich innerhalb der Physik mit der Wärmelehre, ist es interessant herauszufinden, …

Berechnung mit Q=mc*delta t

1. Sind die oben benannten Werte bekannt, müssen diese lediglich in die Formel Q=mc*delta t  entsprechend eingetragen werden, um die Wärmemenge Q zu erhalten.
2. Eine Aufgabe könnte zum Beispiel lauten: Wie viel Wärme benötigt man, um einen Liter Wasser von 20 Grad auf 80 Grad zu erhitzen. Hierfür müssen Sie zuerst die Differenz der Temperatur errechnen, bevor Sie die restlichen Werte in die Formel eintragen.
3. Da delta t 60 ist und Wasser eine Wärmekapazität von 4,19 besitzt, lautet die Formel also Q=1 l * 4,19 *60. Es wird also eine Wärmemenge Q von 251,4 J (Joule) benötigt.

Wie lautet die Einheit der Wärmeenergie?

Wie funktioniert die Wärmeenergie?

Was versteht man unter Wärmeenergie?

Welche Einheit hat die Wärmemenge Q?