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Thermische Energie
Thermische Energie, Image by Jelle de Gier, shared on Unsplash

Die Bewegung der Teilchen sind ein Zeichen für das Vorhandensein von gespeicherter Energie, die wir innere Energie $U$ nennen. Mit der Temperatur und dem Druck kann die innere Energie mit Einschränkungen gemessen werden. Der Vollständigkeit halber muss erwähnt werden, dass es auch andere Formen der inneren Energie gibt, nämlich die chemisch und physikalisch gebundene innere Energie, die aber beide im Kontext der Wärmelehre nicht gemeint sind, wenn wir einfach von innerer Energie sprechen.

Thermische 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.

Die Temperatur ist ein Mass für die Atom- und Gitterbewegungen und damit für die thermische innere Energie. Wir werden fortan im Kontext der Wärmelehre nur noch von innerer Energie sprechen und damit immer die thermische innere Energie meinen und nicht etwa die chemisch oder physikalisch gebundene innere Energie.

Aufgabensammlung

  • Joules Experiment (0115)

  • Tasse Kaffee (0114)