Definitionen innere Energie

Abkürzung: \(U\)

Einheit: \([\,U\,] = \text{J}\) (Joule)

Drei Formen der inneren Energie

Die innere Energie \(U\) ist die im System gespeicherte Energie. Sie kann in verschiedenen Formen vorkommen:

  • Thermische Energie ist mit den Teilchenbewegungen begründet
  • Chemische Energie kann mit Hilfe von chemischen Reaktionen frei werden
  • Kern-Energie kann mit Hilfe von Kernreaktionen frei werden

Nicht zur inneren Energie gehören die beiden Formen der ”äusseren Energie”, nämlich:

Da die Temperatur ein Mass für die Atom- und Gitterbewegungen und damit für die thermische innere Energie ist, erhält sie eine stellvertretende Bedeutung für die innere Energie.

Innere Energie und Temperatur

Mit ihrer Bewegung haben die Teilchen eine gewisse kinetische Energie, denn sie haben ja Masse und eine gewisse Geschwindigkeit ja auch. Wenn also jedes Teilchen eines Stoffes Energie enthält, dann hat der Stoff Energie gespeichert. Diese Energie der Teilchenbewegung wird thermische innere Energie $U$ genannt. Mit Hilfe der Temperatur können wir ja die Teilchenbewegungen gewissermassen messen, d.h. auch die thermische innere Energie.

Thermische Energie (innere Energie)
Innere Energie v.a. aus thermischer Energie (Teilchenbewegung, links und Mitte). Innere Energie aus chemischer Energie (rechts). (Kanister by Mitchell Geere, licensed under CC BY-SA 3.0)

Es gibt aber auch nicht-thermische Formen der inneren Energie, nämlich chemischer oder physikalischer Natur. Chemisch gebundene Energie kann mit einer chemischen Reaktion freigegeben werden. Zum Beispiel hat ein Kanister Benzin vielleicht eine tiefe Temperatur, d.h. die Teilchen bewegen sich langsam. Trotzdem enthält es sehr viel innere Energie und zwar in chemisch gebundener Form, die mit einer (chemischen) Verbrennungsreaktion freikommen kann. Mit Uran-Brennstäben geht es gleich, nur ist die Reaktion eine physikalische Kernreaktion. Man spricht hier deshalb von physikalisch gebundener Energie.

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Aufgabensammlung

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