Title: TALS Physik / Thermodynamik / p5-2 Wärme

Q: Was ist Wärme physikalisch?
A: Energie, die wegen eines Temperaturunterschieds übertragen wird. Sie fliesst stets von selbst vom wärmeren zum kälteren Körper.

Q: Was ist die innere Energie eines Körpers?
A: Die gesamte ungeordnete Bewegungsenergie seiner Teilchen.

Q: Auf welche zwei Arten kann man die innere Energie ändern?
A: Durch Arbeit (z. B. Reiben, Hämmern) oder durch Zufuhr/Abgabe von Wärme. Beide sind Energieübertragungen.

Q: In welcher Einheit misst man Wärme?
A: In Joule (J).

Q: Was bedeutet das Vorzeichen von Q?
A: Q > 0: der Körper nimmt Wärme auf (wird wärmer). Q < 0: er gibt Wärme ab.

Q: Was ist das thermische Gleichgewicht?
A: Alle beteiligten Körper haben dieselbe Temperatur; es fliesst keine Wärme mehr (Q = 0).

Q: Warum ist „Kälte fliesst zu“ falsch?
A: In der Physik gibt es nur die Wärme, die vom Warmen zum Kalten fliesst. Es gibt keine „Kälte“, die zuflösse — ein Körper wird kalt, weil ihm Wärme entzogen wird.

Q: Was gibt die spezifische Wärmekapazität c an?
A: Die Wärme, die 1 kg eines Stoffes pro 1 K Temperaturänderung aufnimmt oder abgibt.

Q: Grundgleichung der Wärmelehre (Erwärmen ohne Phasenübergang)?
A: Q = m · c · ΔT (m in kg, c in J/(kg·K), ΔT in K).

Q: Einheit der spezifischen Wärmekapazität?
A: J/(kg·K).

Q: Spezifische Wärmekapazität von Wasser?
A: c = 4182 J/(kg·K) — aussergewöhnlich hoch.

Q: Warum ist Wasser ein so guter Wärmespeicher?
A: Wegen seiner hohen spezifischen Wärmekapazität: Es nimmt pro Kilogramm und Kelvin sehr viel Energie auf bzw. gibt sie ab.

Q: Wie lautet die Wärmebilanz im abgeschlossenen System?
A: Σ Qᵢ = 0 — der wärmere Körper gibt genau so viel Wärme ab, wie der kältere aufnimmt.

Q: Formel für die Mischtemperatur zweier Stoffe (ohne Phasenübergang)?
A: ϑₘ = (m₁c₁ϑ₁ + m₂c₂ϑ₂) / (m₁c₁ + m₂c₂).

Q: Was vereinfacht sich, wenn beide Stoffe gleich sind (z. B. zweimal Wasser)?
A: Die spezifische Wärmekapazität c kürzt sich heraus; ϑₘ ist dann das massengewichtete Mittel der Temperaturen.

Q: Wo liegt die Mischtemperatur?
A: Stets zwischen den Ausgangstemperaturen, näher bei der Temperatur der grösseren Masse.

Q: Was passiert bei einem Phasenübergang (Schmelzen, Verdampfen) mit der Temperatur?
A: Sie bleibt konstant, obwohl Wärme zugeführt wird: Die Energie (latente Wärme) löst die Teilchen aus ihrem Verband, statt sie schneller zu machen.

Q: Formel für die Schmelzwärme?
A: Q = m · L_f (L_f = spezifische Schmelzwärme, Einheit J/kg).

Q: Formel für die Verdampfungswärme?
A: Q = m · L_v (L_v = spezifische Verdampfungswärme, Einheit J/kg).

Q: Spezifische Schmelzwärme von Wasser?
A: L_f = 334 kJ/kg.

Q: Spezifische Verdampfungswärme von Wasser?
A: L_v = 2256 kJ/kg — deutlich grösser als die Schmelzwärme.

Q: Warum hat die Heizkurve (Eis→Wasser→Dampf) zwei waagrechte Plateaus?
A: Beim Schmelzen (0 °C) und Verdampfen (100 °C) geht die zugeführte Energie als latente Wärme in den Phasenübergang — die Temperatur steigt erst weiter, wenn die Umwandlung abgeschlossen ist.

Q: Definition und Einheit der Leistung?
A: P = E / t; Einheit Watt (1 W = 1 J/s).

Q: Wie ist der Wirkungsgrad η definiert?
A: η = E_nutz / E_zu, das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie. Stets η ≤ 1.

Q: Wohin geht die Verlustenergie bei einer Energieumwandlung?
A: Meist als Wärme an die Umgebung.

Q: Was gibt der Heizwert eines Brennstoffs an?
A: Wie viel Energie beim Verbrennen pro Kilogramm frei wird (z. B. Propan ≈ 13 kWh/kg).

Q: Umrechnung: 1 kWh in MJ?
A: 1 kWh = 3.6 MJ.

Q: Welche drei Arten des Wärmetransports gibt es?
A: Wärmeleitung, Konvektion (Strömung) und Wärmestrahlung.

Q: Wie funktioniert die Wärmeleitung?
A: Teilchen geben Bewegungsenergie an Nachbarteilchen weiter, ohne selbst zu wandern (v. a. in Festkörpern; Metalle leiten gut). Beispiel: heisser Pfannengriff.

Q: Wie funktioniert die Konvektion?
A: Erwärmtes Material (Flüssigkeit/Gas) strömt selbst und transportiert die Energie mit. Beispiel: Heizkörper, Wind.

Q: Wie funktioniert die Wärmestrahlung?
A: Übertragung durch elektromagnetische (Infrarot-)Strahlung, ganz ohne Materie. Beispiel: Sonne, Lagerfeuer.

Q: Was tut eine Wärmepumpe?
A: Sie befördert Wärme vom kalten zum warmen Ort — entgegen der natürlichen Richtung — und braucht dafür Antriebsenergie (meist Strom).

Q: Wie ist die Leistungszahl (COP) definiert?
A: COP = Q_warm / E_elektrisch; maximal COP_max = T_warm / (T_warm − T_kalt) (Temperaturen in Kelvin).

Q: Warum ist die Leistungszahl einer Wärmepumpe grösser als 1?
A: Weil ein grosser Teil der abgegebenen Wärme kostenlos aus der Umgebung stammt; die Antriebsenergie verschiebt sie nur. Kleinere Temperaturdifferenz → grösserer COP.

Q: Erkläre den Treibhauseffekt in einem Satz.
A: Die Atmosphäre ist für sichtbares Sonnenlicht durchlässig (Boden wird erwärmt), für die abgestrahlte Infrarot-Wärmestrahlung aber nur teilweise — ein Teil wird zurückgehalten, sodass es an der Oberfläche wärmer bleibt.