Definition Wärme/Temperatur

Wissenschaft Physik
1

Huhu!

Ich habe irgendwie ein Problem mit der Definition von Wärme im Gegensatz zur Temperatur.

Intuitiv würde ich sagen, Temperatur ist der Durchschnitt der Molekularbewegung in der Umgebung, während Wärme eine Abweichung von eben diesem Durchschnitt nach oben anzeigt.

Stimmt das?

Oder ist das zumindest so nahe an der „echten“ Definition, das man damit arbeiten kann?

Wie definiert das ein „echter“ Physiker?

Die Definitionen aus den Nachschlagewerken sagen mir irgendwie wenig.

Viele Grüße!
Philipp aka Scrabz aka Drache.

2

Hi Scrabz,

Wärme ist Bewegung, und Temperatur ist ein Maß dafür.

Gruß Ralf

3

Huhu!

Auch huhu, ist ja bald Halloween…

Intuitiv würde ich sagen, Temperatur ist der Durchschnitt der
Molekularbewegung in der Umgebung, während Wärme eine
Abweichung von eben diesem Durchschnitt nach oben anzeigt.

Stimmt das?

Nö.
Temperatur ist was qualitatives. Sie gibt an, wie stark ein Teilchen schwingt oder durchschnittlich mehrere Teilchen eines Körpers schwingen. Die Wärmemenge ist dagegen was quantitatives, also eher die Summe der Schwingungen aller Teilchen. Also je mehr Teilchen mit einer bestimmten Temperatur zusammenkommen, desto höher ist auch die Wärmemenge.
Oder: Wenn ich einen Körper zerteile, behält jeder Teil seine Temperatur, aber eben nur die Hälfte der ursprünglichen Wärmemenge.
Oder: Wärme ist Energie. Die kann ich von einem Ort zum anderen transportieren.
Oder: Im Winter kann man mit einem Heizkörper besser das Zimmer heizen als mit einer Kerze, obwohl die Kerzenflamme doch viel heißer ist - die Kerze hat zwar eine höhere Temperatur, gibt aber nicht soviel Wärme ab.

Wie definiert das ein „echter“ Physiker?

Ja, ich bin echt.

Huhu.
Olaf

4

Ich habe irgendwie ein Problem mit der Definition von Wärme im
Gegensatz zur Temperatur.

Wie definiert das ein „echter“ Physiker?

Die Temperatur ist eine thermodynamische Zustandsgröße, deren Gleichheit thermische Gleichgewichtszustände charaketrisiert.

Wärme ist Energieaustausch durch ungerichtete Teilchenbewegung.

5

Hi Drache,

Ich habe irgendwie ein Problem mit der Definition von Wärme im
Gegensatz zur Temperatur.

Temperatur ist eine Intensive Größe http://de.wikipedia.org/wiki/Intensive_Gr%C3%B6%C3%9Fe

Wärem, wenn man sie jetzt als Enthalpie auffast ist eine Extensive Größe http://de.wikipedia.org/wiki/Extensive_Gr%C3%B6%C3%9Fe

Oder ein wenig lax gesagt, Temperatur ist qualitativ, Wärme Quantitativ.

Gandalf

6

falsch! (owt)
.

7

auch falsch! (owt)
.

8

richtig!
Hallo!

(Habe ich schonmal gesagt, dass ich ein Fan von DrStupid bin?)

Ich habe irgendwie ein Problem mit der Definition von Wärme im
Gegensatz zur Temperatur.

Wie definiert das ein „echter“ Physiker?

Die Temperatur ist eine thermodynamische Zustandsgröße, deren
Gleichheit thermische Gleichgewichtszustände charaketrisiert.

Das bedarf vielleicht einiger vertrauensbildender Maßnahmen: Energieübergabe kann in zwei Weisen geschehen: Entweder lässt sich die übergebene Energie als Integral einer verallgemeinerten Kraft entlang eines verallgemeinerten Weges ausdrücken. Dann spricht man von „Arbeit“ (Formelzeichen: W). Oder dies ist nicht möglich. Dann spricht man von „Wärme“ (Formelzeichen: Q).

Befindet man sich außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts, so fließt Wärme immer von einem Ort hoher Temperatur zu einem Ort tiefer Temperatur. Das verlangt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Zu keinem Netto-Wärmefluss kommt es also nur dann, wenn die Temperaturen der beiden Teilsysteme übereinstimmen. Dann spricht man vom thermodynamischen Gleichgewicht.

Es stellt sich außerdem heraus, dass die Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie eines Teilchens in einem Gas ist. (Das ist allerdings nicht die Definition).

Michael. (muss weg - vielleicht später mehr!)

9

Danke für Deine ausführliche Erläuterung.

Der Frager hatte übrigens gesagt, dass ihm die üblichen Erklärungen aus den Nachschlagewerken nicht viel sagen. Deshalb habe ich es mal anschaulicher erklärt. Wenn DU damit nichts anfangen kannst, ist es Dein Problem.

Olaf

10

Der Frager hatte übrigens gesagt, dass ihm die üblichen
Erklärungen aus den Nachschlagewerken nicht viel sagen.

Da wir nicht wissen, welche der „üblichen Erklärungen“ das sind und was er daran nicht versteht, hilft uns das herzlich wenig. Es ist also das beste, erstmal die korrekten Definitionen zu nennen. Wenn Scrabz damit nichts anfangen kann, sollte er nochmal nachfragen. Im Dialog läßt sich sowas ohnehin viel besser klären, als wenn man ihm lange Vorträge hält, ohne zu wissen, ob man ihn damit über- oder unterfordert.

Deshalb habe ich es mal anschaulicher erklärt.

Ich habe nichts gegen anschauliche Erklärungen, solange sie korrekt sind. Das trifft für Deine Erklärung leider nicht zu:

Temperatur ist was qualitatives.

Nein, temperatur ist auch etwas quantitatives. Man kann sie schließlich messen und nicht nur feststellen, ob sie da ist oder nicht.

Sie gibt an, wie stark ein Teilchen schwingt oder
durchschnittlich mehrere Teilchen eines Körpers schwingen.

Auch ein Strahlungsfeld kann eine Temperatur haben (siehe Hohlraumstrahlung). Das wäre schlecht möglich, wenn die Temperatur auf Körper beschränkte wäre, die aus Teilchen bestehen.

Die Wärmemenge ist dagegen was quantitatives,
also eher die Summe der Schwingungen aller Teilchen.
Also je mehr Teilchen mit einer bestimmten Temperatur
zusammenkommen, desto höher ist auch die Wärmemenge.

Das ist kompletter Unsinn. Wärme ist eine Prozeßgröße (im Gegensatz zur Temperatur, die eine Zustandsgröße ist). Sie tritt nur bei Prozessen auf - und zwar bei solchen, bei denen Energie ausgetauscht wird. Erfolgt dieser Austausch durch ungerichtete Teilchenbewegung, dann nennt man ihn Wärme. (Im Gegensatz zur Arbeit, bei der ers sich um Energieaustausch durch gerichtete Bewegung handelt.) Wenn keine Energie ausgetauscht wird, dann gibt es auch keine Wärme - egal wie hoch die Temperatur ist und wie viele Teilchen da sind.

Was Du meinst, nennt man thermische Energie.

Oder: Wenn ich einen Körper zerteile, behält
jeder Teil seine Temperatur, aber eben nur die
Hälfte der ursprünglichen Wärmemenge.

Siehe oben: Ein System kann keine Wärme besitzen, sondern nur austauschen.

Oder: Wärme ist Energie.

Siehe oben: Wärme ist keine Energie, sondern Energieaustausch.

Die kann ich von einem Ort zum anderen transportieren.

Oder: Im Winter kann man mit einem Heizkörper besser
das Zimmer heizen als mit einer Kerze, obwohl die
Kerzenflamme doch viel heißer ist - die Kerze hat
zwar eine höhere Temperatur, gibt aber nicht soviel Wärme ab.

Das ist korrekt.

1 „Gefällt mir“
11

Temperatur ist eine Intensive Größe
http://de.wikipedia.org/wiki/Intensive_Gr%C3%B6%C3%9Fe

Das ist richtig.

Wärem, wenn man sie jetzt als Enthalpie auffast ist eine
Extensive Größe
http://de.wikipedia.org/wiki/Extensive_Gr%C3%B6%C3%9Fe

Aber das ist falsch. Wärme ist keine Zustandsgröße, sondern eine Prozeßgröße. Das ist ein ganz wesentlicher Unterschied. Zustandsgrößen sind wegunabhängig, während Prozeßgrößen wegabhängig sind. Das bedeutet in diesem Fall, daß die Temperaturdifferenz zwischen zwei Zuständen A und B immer gleich ist, unabhängig davon, auf welchem Weg man von A nach B kommt. Die Wärme, die auf dem Weg von A nach B ausgetauscht wird, ist dagegen vom Weg abhängig.

Der Hinweis auf die Enthalpie ist zwar durchaus angebracht, aber irreführend vereinfacht. Wärme ist nicht gleich Enthalpie. Das geht schon deshalb nicht, weil auch die Enthlaphie eine Zustandsgröße ist. Vielmehr entspricht die Enthalpieänderung bei konstantem Druck der ausgetauschten Wärme.

12

Hi Herr Doktor,

Aber das ist falsch.

stimmtstimmt.
Das kommt davon, wenn ein Organiker was zur PC sagen will.

Gandalf

13

Hallo,

Auch ein Strahlungsfeld kann eine Temperatur haben (siehe
Hohlraumstrahlung). Das wäre schlecht möglich, wenn die
Temperatur auf Körper beschränkte wäre, die aus Teilchen
bestehen.

ja OK, aber das ist schon wieder Definitionssache. Man kann auch sagen, dass in einem Strahlungsfeld Energie steckt, die man mit einer bestimmten Temperatur charakterisieren kann.

Was Du meinst, nennt man thermische Energie.

Mag ja sein. Aber dem Frager war nicht mal der Unterschied zwischen Wärme und Temperatur klar. Und um diesen Unterschied zu erklären, kann man auch erstmal den Unterschied zwischen Wärme und thermischer Energie weglassen, zumal es eben physikalisch was Vergleichbares ist und auch in derselben Einheit gemessen wird.

OK, ich verstehe was Ihr meint. Aber diese Feinheiten sind für den Frager im Moment nicht hilfreich. Ist jedenfalls meine Meinung.

Na dann, schönes Wochenende mit ausreichend Wärme und angenehmen Temperaturen.

Olaf

14

Hallo!

Erstmal sorry, dass mein erstes Posting so knapp ausgefallen ist, aber ich hatte heute leider nicht für mehr Zeit. Das meiste, was ich sagen wollte, kann man in meiner Antwort auf DrStupids Posting lesen. (Einiges, von dem was ich noch sagen wollte, aber nicht mehr schaffte, steht in seinem letzten Posting).

OK, ich verstehe was Ihr meint. Aber diese Feinheiten sind für
den Frager im Moment nicht hilfreich. Ist jedenfalls meine
Meinung.

Ich fürchte, Du verstehst nicht, was wir meinen. Innere Energie (oder thermische Energie) als Zustandsgröße ist etwas völlig anderes als Wärme. Man kann die innere Energie eines Körpers erhöhen, ohne dass Wärme im Spiel ist (adiabatische Kompression). Ebenso kann man einem Körper Wärme zuführen, ohne dass sich seine innere Energie ändert (isotherme Expansion).

Es ging dem Fragenden darum, wie die Begriffe „Temperatur“ und „Wärme“ genau physikalisch definiert sind. Und in diesem Sinne ist Deine Antwort leider völlig falsch. Das was ich und DrStupid moniert haben, sind keine „Feinheiten“, sondern es sind die harten Basics, auf denen die Thermodynamik aufbaut. Der erste Hauptsatz der Wärmelehre lautet:

dU = dW + dQ

In Worten: Die Änderung der inneren Energie ist gleich der Summe aus zugeführter Arbeit und zugeführter Wärme. Mit Deinen Termini lässt sich diese Formel gar nicht in Form eines deutschen Satzes ausdrücken!

Michael

15

Moin,

eigentlich mag ich ja solche ellenlangen Streitgespräche gar nicht. Ich will auch nicht das letzte Wort haben. Aber

Ich fürchte, Du verstehst nicht, was wir meinen.

Doch, nur Ihr versteht mich wahrscheinlich nicht. Der Unterschied zwischen Wärme und Temperatur wird in der Schule in der 7. Klasse erklärt. Wenn Philipp danach fragt, hat er da ne Lücke, und ich antworte auf etwa diesem Niveau. Und da reicht es erstmal völlig aus, nur einen Festkörper zu betrachten. Dass es in Gasen und Hohlräumen noch komplizierter ist, bestreite ich doch damit gar nicht.
Und Philipp, nimm das jetzt bitte nicht persönlich, das hat jetzt nichts mit Dir zu tun. Ich weiß auch nichts mehr was in Biologie in der 7. Klasse dran war.

Ciao.
Olaf

16

Hallo!

Ich fürchte, Du verstehst nicht, was wir meinen.

Doch, nur Ihr versteht mich wahrscheinlich nicht. Der
Unterschied zwischen Wärme und Temperatur wird in der Schule
in der 7. Klasse erklärt. Wenn Philipp danach fragt, hat er da
ne Lücke, und ich antworte auf etwa diesem Niveau.

Schon klar, aber auch in der Schule wird auf korrekte Verwendung von Begriffen geachtet. Die Begriffe Wärme, innere Energie und Temperatur werden in BaWü gegenwärtig in der 9. Klasse behandelt. Ich zitiere aus einem Schulbuch für die 9. Klasse:

„Die Temperatur eines Körpers ist ein Maß für die Bewegungsenergie der Teilchen. Die tiefste mögliche Temperatur beträgt 0 K = -273,15°C. […] Innere Energie ist alle Energie, die in einem Körper enthalten ist. Wärmeenergie ist die Energie, die von selbst von einem heißen Körper zu einem kalten Körper strömt.“ (Spektrum Physik 9, Baden-Württemberg, Schroedel-Verlag, 2000)

Auf der selben Seite steht z. B.: „Mit dem Wort ‚Wärmeenergie‘ wird also der selbständig ablaufende Energietransport zwischen zwei Körpern beschrieben, die unterschiedliche Temperatur haben. Wärmeenergie kann also nie in einem Körper enthalten sein , sie ist immer unterwegs - wie Lichtenergie.“ (Hervorhebung durch mich)

Schon bei 15jährigen wird offensichtlich strikt zwischen zwei Begriffen unterschieden, die Du uns hier als ein- und dasselbe verkaufen möchtest. Was Du tust, ist keine didaktische Reduktion, sondern es ist sachlich einfach falsch.

Zudem wurde nach der Definition des Physikers dieser Begriffe gefragt, und dann ist die Temperatur tatsächlich nur noch über das thermodynamische Gleichgewicht definiert (s. DrStupids Anmerkungen zur Temperatur eines Strahlungsfeldes).

Michael

17

Aber das ist falsch. Wärme ist keine Zustandsgröße, sondern
eine Prozeßgröße.

Zur Entschuldigung sollte man vielleicht noch erwähnen, dass umgangssprachlich (und sogar in einigen Physikbüchern) die thermische Energie ebenfalls als „Wärme“ bezeichnet wird.

Gruß
Oliver