Ein wissenschaftlicher Weg zur Definition von Wärmeenergie

Die meisten Menschen verwenden das Wort Wärme, um etwas zu beschreiben, das sich warm anfühlt. In der Wissenschaft werden jedoch thermodynamische Gleichungen, insbesondere Wärme, als der Energiefluss zwischen zwei Systemen mittels kinetischer Energie definiert. Dies kann in Form einer Energieübertragung von einem warmen Objekt auf ein kühleres Objekt erfolgen. Einfacher ausgedrückt, Wärmeenergie, auch Wärmeenergie oder einfach Wärme genannt, wird von einem Ort zum anderen durch Partikel übertragen, die ineinander prallen. Alle Materie enthält Wärmeenergie, und je mehr Wärmeenergie vorhanden ist, desto heißer wird ein Gegenstand oder eine Fläche.

Hitze vs. Temperatur

Die Unterscheidung zwischen Hitze und Temperatur ist subtil, aber sehr wichtig. Wärme bezieht sich auf den Energietransfer zwischen Systemen (oder Körpern), während die Temperatur durch die Energie bestimmt wird, die in einem einzelnen System (oder Körper) enthalten ist. Mit anderen Worten, Wärme ist Energie, während Temperatur ein Maß für Energie ist. Durch Wärmezufuhr wird die Körpertemperatur erhöht, während durch Wärmeabgabe die Temperatur gesenkt wird. Temperaturänderungen sind daher auf das Vorhandensein von Wärme oder umgekehrt auf den Mangel an Wärme zurückzuführen.

Sie können die Temperatur eines Raums messen, indem Sie ein Thermometer in den Raum stellen und die Umgebungslufttemperatur messen. Sie können einem Raum Wärme hinzufügen, indem Sie eine Raumheizung einschalten. Wenn dem Raum Wärme zugeführt wird, steigt die Temperatur.

Teilchen haben bei höheren Temperaturen mehr Energie, und wenn diese Energie von einem System auf ein anderes übertragen wird, kollidieren die sich schnell bewegenden Teilchen mit sich langsamer bewegenden Teilchen. Während der Kollision überträgt das schnellere Teilchen einen Teil seiner Energie auf das langsamere Teilchen, und der Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Teilchen mit der gleichen Geschwindigkeit arbeiten. Dies nennt man thermisches Gleichgewicht.

Einheiten der Wärme

Die SI-Einheit für Wärme ist eine Energieform, die als Joule (J) bezeichnet wird. Wärme wird häufig auch in Kalorien (cal) gemessen, die definiert sind als "die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Gramms Wasser von 14,5 Grad Celsius auf 15,5 Grad Celsius zu erhöhen". Wärme wird manchmal auch in "British Thermal Units" oder Btu gemessen.

Konventionen zur Wärmeenergieübertragung unterzeichnen

In physikalischen Gleichungen wird die übertragene Wärmemenge üblicherweise mit dem Symbol Q bezeichnet. Die Wärmeübertragung kann entweder durch eine positive oder eine negative Zahl angegeben werden. Wärme, die an die Umgebung abgegeben wird, wird als negative Größe geschrieben (Q 0).

Möglichkeiten der Wärmeübertragung

Es gibt drei grundlegende Möglichkeiten zur Wärmeübertragung: Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung. Viele Häuser werden durch den Konvektionsprozess beheizt, der Wärmeenergie durch Gase oder Flüssigkeiten überträgt. Wenn die Luft im Haushalt erwärmt wird, gewinnen die Partikel Wärmeenergie, sodass sie sich schneller bewegen und die kühleren Partikel erwärmen können. Da heiße Luft weniger dicht als kalte Luft ist, steigt sie auf. Wenn die kühlere Luft abfällt, kann sie in unsere Heizsysteme gesaugt werden, damit die schnelleren Partikel die Luft wieder aufheizen können. Dies wird als kreisförmiger Luftstrom betrachtet und als Konvektionsstrom bezeichnet. Diese Strömungen kreisen und heizen unsere Häuser.

Der Leitungsprozess ist die Übertragung von Wärmeenergie von einem Feststoff auf einen anderen, im Grunde zwei Dinge, die sich berühren. Ein Beispiel dafür können wir sehen, wenn wir auf dem Herd kochen. Wenn wir die kühle Pfanne auf den heißen Brenner stellen, wird Wärmeenergie vom Brenner auf die Pfanne übertragen, die sich wiederum erwärmt.

Strahlung ist ein Prozess, bei dem sich Wärme durch Orte bewegt, an denen es keine Moleküle gibt, und tatsächlich eine Form von elektromagnetischer Energie ist. Jeder Gegenstand, dessen Wärme ohne direkte Verbindung zu spüren ist, strahlt Energie aus. Sie können dies an der Hitze der Sonne, dem Gefühl der Hitze, die von einem mehrere Meter entfernten Lagerfeuer ausgeht, und sogar an der Tatsache erkennen, dass Räume voller Menschen von Natur aus wärmer sind als leere Räume, weil der Körper jeder Person Wärme abstrahlt.