Wärme ist Energie, die einem thermodynamischen System zugeführt oder von ihm abgeführt wird und damit seine innere Energie verändert. Eine Zufuhr oder ein Entzug von Wärme kann auf drei Arten des Wärmetransports stattfinden:

  • mit Konvektion, d.h. durch Transport von Material und dessen innerer Energie
  • mit Wärmeleitung, d.h. durch die Weitergabe der Teilchenbewegung über die Kontaktfläche
  • mit Wärmestrahlung, d.h. durch elektromagnetische Strahlung, die von sämtlichen Körpern emittiert wird, meistens im Infrarotbereich
Wärmetransport
Drei Arten des Wärmetransports: Transport von Wärme mit dem Stoff (links), Transport von Wärme dank Leitung durch den Stoff (Mitte) und Transport durch Strahlung ohne Stoff (rechts) (Heizung by ri, Wärmeflasche by alsterkoralle, Heizung by diddi4)

Konvektion

Bei der Konvektion wird ein Stoff transportiert, der so seine innere Energie mitführt. Wir kennen dies z.B. aus der Meteorologie, wo wir Luftmassen haben, die warme Luft aus dem Süden zu uns bringen und so unsere Umgebung aufwärmen. Ein anderes Beispiel ist hier dargestellt: Heizungssysteme erzeugen Wärme durch eine Verbrennungsreaktion im Brenner, der meist im Kellergeschoss platziert ist. Wasser wird erwärmt und — jetzt kommt der eigentliche Wärmetransport – in die Wohnräume gepumpt, wo es durch seine höhere Temperatur seine Energie abgeben kann.

Wärmeleitung

Das warme Wasser im Heizkörper gibt jetzt seine Wärme über die zweite Art des Wärmetransports ab, über Wärmeleitung. Wie die Bettflasche, geben die schnellen Teilchen des warmen Wassers ihre Bewegung durch Stösse an die noch langsameren Teilchen des Heizkörpers bzw. der Bettflasche ab. Diese werden damit beschleunigt und deren Temperatur steigt. Dann geben die schnelleren Teilchen des Heizkörpers ihre Bewegung ab an die noch langsamen Teilchen der Raumluft, auch wieder durch Kollision. Dieses Weitergeben der Teilchenbewegung durch elastische Stösse heisst Wärmeleitung.

Wärmestrahlung

Schliesslich haben wir die dritte Form des Wärmetransports, die das Leben auf der Erde überhaupt erst ermöglicht: die Wärmestrahlung. Jeder Körper strahlt Wärmestrahlung ab, auch der Heizkörper und die Bettflasche. Meistens sehen wir die Wärmestrahlung aber nicht, weil sie im Infrarotbereich ist. Erst ab Temperaturen von rund 500 °C wird ein rotes Glühen sichtbar. Die Strahlung der Sonne ist Wärmestrahlung. Weil die Oberfläche der Sonne eine sehr hohe Temperatur von knapp 6’000 °C hat, erscheint sie uns nicht rot, sondern weiss (“Weissglut”). Durch diese Strahlung hat die Erde die wohl wichtigste Energiequelle.