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Thermodynamische Begriffe

Wärmemenge

Um ein System zu erwärmen, benötigt man eine bestimmte Wärmemenge Q . Man bestimmt Wärmemengen, indem man die Temperaturänderung Δ T des Systems misst.

Δ Q = C Δ T         oder         δ Q = C d T

C ist die sog. Wärmekapazität, eine extensive Zustandsgröße. Es ist die nötige Wärmemenge, um ein System um 1 °C zu erwärmen. Die Wärme wird heute wie die Arbeit in Joule [J] gemessen. 1 J ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um 4,184 -1 g = 0,239 g H2O von 14,5 auf 15,5 °C zu erwärmen. (Früher wurde die Wärmemenge in Kalorien [cal] gemessen; 1 cal = 4,184 J.) Die Einheit der Wärmekapazität ist also J/K und die Wärmekapazität von Wasser 4,184 J/K. In einphasigen Systemen lässt sich die Wärmekapazität auch in intensiven Zustandsgrößen darstellen:

c ' = C m [ J g K ] spezifische Wärme (m = Masse)

c = C n [ J mol K ] Molwärme (n = Molzahl)

Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,184 J/gK (K = Kelvin).

Die spezifischen Wärmen sind vom Stoff und der Temperatur abhängig. In bestimmten Fällen erhöht sich die Temperatur eines Systems nicht, obwohl dem System Wärme zugeführt wird. Dann wird die Wärme vom System z.B. als Schmelz- oder Verdampfungswärme oder allgemein als latente Wärme aufgenommen. Die Steigung im Q ( T ) -Diagramm bzw. die Wärmekapazität wird in diesem Fall unendlich groß. Als Beispiel dient das System H2O (Erwärmung eines Eisblocks, Verdampfung von Wasser)

Abb.1

Die Umwandlungswärme von Eis zu Wasser (molare Schmelzwärme) beträgt etwa 6 kJ/mol, die Umwandlungswärme von Wasser zu Dampf (molare Verdampfungswärme) etwa 40,7 kJ/mol.

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