• Document: 4. Wärmelehre (Thermodynamics)
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Fakultät für Technik / Bereich Informationstechnik 4. Wärmelehre (Thermodynamics) Das menschliches Temperaturempfinden ‚warm – kalt‘ ist im Vergleich zum Sehen nur ungenau Beispiel: Holz und Metall im Hörsaal haben dieselbe Temperatur, fühlen sich aber bei Berührung unterschiedlich warm an. → physikalische Beschreibung der Temperatur notwendig 4.1 Temperatur (Temperature) Temperatur ist eine der 7 Basisgrößen [T] = K Vergleich Kelvin - °C K °C absoluter Nullpunkt 0 -273 Siedepunkt N2 77 -196 Schmelzpunkt H2O 273 0 Siedepunkt H2O 373 100 Schmelzpunkt Eisen 1.800 K Sonne innen 107 K Sonne außen 6 * 103 K (siehe Kap. Wärmestrahlung) Der „Erfinder“ & „Konkurrenten“ Celsius und Fahrenheit Blankenbach / PHYSIK / Wärmelehre / WS 2014 / 1 Fakultät für Technik / Bereich Informationstechnik Zur Info Temperaturangaben in technischen Spezifikationen (Specification) • Betriebstemperatur (Operating Temperature) Temperaturbereich, bei dem das Gerät ohne Schaden zu nehmen betrieben werden kann • Lagertemperatur (Storage Temperature) Temperaturbereich, bei dem das Gerät ohne Schaden zu nehmen gelagert werden kann, es ist hierbei nicht eingeschaltet und muss vor dem Einschalten in den Betriebstemperaturbereich gebracht werden. Unter Temperatur versteht man hier typischerweise die Temperatur der Umgebungsluft, die Temperatur im Inneren liegt höher. Beispiel aus der PC-Welt : Betrieb +10°C ... +35°C , Lagerung -40°C ... +65°C Typische Betriebstemperaturen : Bezeichnung Bereich /°C Commercial +5 ... + 50 Industrial (indoor) 0 ... +70 Industrial (outdoor) 25 ... +75 Automotive -35 ... +85 Military -55 ... + 125 Blankenbach / PHYSIK / Wärmelehre / WS 2014 / 2 Fakultät für Technik / Bereich Informationstechnik Messung durch temperaturabhängige Zustandsgrößen: Zustandsgröße Anwendung (Beispiel) Ausführung (Beispiel) Volumen Flüssigkeits-, Gasthermometer Längenaus- Bimetall-Thermostat dehnung (Kaffeemaschine) ungleiche Thermoelement Metalle (Verfahrenstechnik) Widerstand Pt100 – Messtechnik (Industrie) 'Farbe' des Pyrometer (rotglühender Stahl), emittierten siehe Diagramm Lichtes physikalisch – Temperaturstreifen chemisch - Flüssigkristalle reversibel - chemisch irreversibel (max. Temperatur) Blankenbach / PHYSIK / Wärmelehre / WS 2014 / 3 Fakultät für Technik / Bereich Informationstechnik 4.2 Kalorimetrie (Calorimetry) Wärmemenge (Heat Quantity) Q = c{ m ∆T (WL - 1) [Q] = J ('Energie') C mit m : Masse, [m] = kg, hier oft auch m = ρ V , Werte siehe Tabelle c : spezifische Wärmekapazität [c] = J / kg K , Werte siehe Tabelle C : Wärmekapazität eines bestimmten Körpers (= c m), Anwendung Messtechnik ∆T : Temperaturdifferenz, [T] = K Anmerkungen - eigentlich müsste die Formel ∆Q lauten - Q nicht proportional ∆T falls Phasenübergänge ! Energieformen können ineinander umgewandelt werden. Ausnahme: selbstständiges Abkühlen unter die Umgebungstemperatur Bsp: Stein kühlt sich ab und hüpft mit der gewonnenen Energie hoch (2. Hauptsatz Thermodynamik) Mischungstemperatur Bringt man verschiedene Stoffe mit unterschiedlicher Temperatur, spez. Wärmemenge etc. miteinander in Kontakt, so stellt sich die sogenannte Mischungstemperatur aufgrund der Energieerhaltung ein: mit m : Masse c : spez. Wärmekapazität c 1 m1 T1 + c 2 m 2 T2 + ... (WL - 1') TMisch = c 1 m1 + c 2 m 2 + ... T : Temperatur vor Mischen Beispiel heißes (80°C) und kaltes (20°C) Wasser (je 1 kg) zusammengießen: kJ kJ 4,2 ⋅ 1 kg ⋅ 353K + 4,2 ⋅ 1 kg ⋅ 293K kgK kgK 646K TMisch = = = 32

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