Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

390 R. GROSS Kapitel 10: Grundlagen der Wärmelehre∆Q = C∆T Q 12 =∫ T 2T 1C dT dQ = C dT . (10.5.7)Die differentielle Darstellung gilt dabei natürlich nur dann, wenn keine weitere mechanische oder chemischArbeit aufgewendet wird. Ansonsten ist dQ kein totales Differential.10.5.2 EnergieumwandlungVerschiedene Energieformen können ineinander umgewandelt werden. Zum Beispiel kann mit Hilfe einesElektromotors mit elektrischer Energie ein Gewicht gehoben werden. Andererseits kann mit einemGenerator aus mechanischer Arbeit elektrische Energie gewonnen werden. Prinzipiell spricht nichts dagegen,dass diese Umwandlungen vollständig verlaufen. Bei realen Energieumwandlungsprozessen tretenaber immer Verluste auf. Das bedeutet aber nicht, dass bei dem Umwandlungsprozess Energie verlorengeht, sondern dass ein Teil der Energie in eine andere als die gewünschte Energieform umgewandeltwird. Die Gesamtenergie des Systems ist eine Erhaltungsgröße. Wir werden noch im Detail diskutieren,dass Wärme nicht vollständig in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt werden kann. Diesist der Inhalt des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik. Umgekehrt ist aber eine vollständige Umwandlungvon mechanischer oder elektrischer Energie in Wärme möglich.Umwandlung von äquivalenten Energien in WärmeWir können Wärme auf verschiedene Arten erzeugen. Es ist z.B. möglich, mechanische oder elektrischeEnergie durch Reibung in Wärme umzuwandeln. Bei der Umwandlung von elektrischer Energiein Wärme in einem ohmschen Widerstand kommt es z.B. zu Reibungsprozessen der Leitungselektronen.Bei der vollständigen Umwandlung von mechanischer oder elektrischer Energie in Wärme werdenfolgende Wärmemengen Q freigesetzt:elektrische Energie: Q = U · I ·t = I 2 Rt = U 2 tR(10.5.8)mechanische Energie: Q = ∆E kin + ∆E pot . (10.5.9)Hierbei sind ∆E kin und ∆E pot die aufgewandte kinetische und potentielle Energie.Eine wichtige Energieform ist die Verbrennungsenergie, die bei der Umwandlung von chemischerEnergie in Wärme frei wird. Im Zusammenhang mit der Verbrennungsenergie verwendet man häufigden spezifischen Heizwert H = Q/m eines Stoffes, der die beim Verbrennungsprozess frei werdendeWärmemenge pro Masseneinheit angibt.Umwandlung von Wärme in äquivalenten EnergieformenWir haben bereits im Rahmen von Physik I gesehen, dass wir die Umwandlung von Wärmeenergie in andereEnergieformen mit Hilfe von Wärmemaschinen vornehmen können. Das Grundprinzip solcher Maschinenbesteht darin, verschiedene Arten von Zustandsänderungen in solcher Folge vorzunehmen, dassein System in abwechselnder Folge mit einem heißen und kalten Temperaturbad in Berührung kommt,c○Walther-Meißner-Institut