Wärme_was ist das

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Anhang 1:
WÄRMEPHÄNOMENE
Wärmeübertragung: Übergang von Wärme von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort tieferer Temperatur,
die durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung erfolgen kann bzw. durch die Kombination dieser drei Formen
(Wärmedurchgang, Wärmeübergang). [1]
Wärmeleitung:
Konvektion:
Strahlung:
Wärmeübertragung bei ruhenden und festen Körpern, indem energiereichere (wärmere) Teilchen kinetische Energie in
Stoßprozessen oder durch Photonenwechselwirkungen an energieärmere (kältere) Teilchen abgeben. Durch den
körperlichen Kontakt von unterschiedlich warmen Körpern kommt es zum Temperaturausgleich. Ein Maß für die
Wärmeleitung die Wärmeleitfahigkeit eines Stoffes. [1]
Wärmeströmung, bei der die Wärme durch strömende Flüssigkeiten und Gase transportiert wird; ist mit der
Verlagerung von Materie verbunden, z.B. Meteorologie: Aufsteigen von warmer Luft - Absinken von kalter Luft
[1]
Jeder Körper, dessen Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (–273,15°C) liegt, strahlt Energie in Form von
elektromagnetischer Strahlung ab. Diese Tatsache wird auf die magnetische und elektrische Wechselwirkung der
Elektronen zurückgeführt. Durch die Absorption und Emission von Photonen werden Eigenschwingungen im
Raumzeitgitter verursacht und als Strahlung emittiert werden. Am absoluten Nullpunkt wird keine elektromagnetische
Strahlung mehr emittiert, dennoch führen die Atome und Moleküle noch eine Restschwingung aus, die aber nunmehr
kohärent ist. Da die Ursache für diese Restenergie nicht mehr in der materiellen Raumzeit gesucht werden kann, wird
ihre Ursache im Vakuum angesiedelt.
Der elektromagnetischen Strahlung werden zugeordnet:
Gammastrahlung
Röntgenstrahlung
UV-Strahlung
sichtbares Licht
Infrarot-Strahlung
Mikrowellen (UHF, SHF, EHF)
Radiowellen (VHF, HF, MF, LF)
Längstwellen (VLF) [2]
Insbesondere von Infrarot und sichtbarem Licht ist bekannt, dass sie auch Wärme erzeugen, wenn sie mit Materie
interagieren, aber auch alle anderen elektromagnetischen Strahlen sind mehr oder weniger mit Wärmephänomenen
verknüpft. Die Freisetzung von Wärme wird in den Gitterschwingungen des Festkörpers gesehen, die insbesondere im
Frequenzbereich 10 11 ...10 14 Hz (IR) ausgelöst wird; dort geht die IR- oder Lichtfrequenz mit der Molekülfrequenz in
Resonanz.
Der Biophysiker F. A. POPP sieht die Ursache für Bedeutung dieser Frequenzbereiche in der Wellenlänge der
Infrarotstrahlung (λ = c/f), die ideal auf die Zelle abgestimmt ist, so dass diese als Hohlraumresonator fungieren kann.
Demnach bildet sich in der Zelle ein stehendes Wellenfeld aus, das aus einer IR- Welle und einer Schallwelle besteht,
die sich gegenseitig stabilisieren und an der Zellwand Knoten bilden. [17]
Der Autor (RG) vermutet, dass insbesondere bei guten Wärmeleitern die Gitterabstände mit den Wellenlängen des
Lichtes und des Infrarot korrelieren, um auf ähnliche Art und Weise stehende Wellen auszubilden. Im Resonanzfall
kann dadurch Kristallgitter zerstört werden, so dass das Material schmilzt.
Stefansches Strahlungsgesetz: Die Temperatur eines Körpers im thermischen Gleichgewicht ist proportional der
vierten Wurzel aus der empfangenen Strahlungsmenge
Reibung:
Im Jahre 1929 stellte der engl. Physiker TOMLINSON die These auf, dass die Atome von beiden aufeinander
reibenden Grenzflächen infolge der gegenseitigen Anziehung so stark aus ihrer Ruhelage ausgelenkt werden, dass sie
bei Überschreitung der Haltekraft wie eine überdehnte Gitarrensaite in ihre Ruhelage zurückschnellen und dabei
Wärme freisetzen. Die Gruppe um FRANZ GIESSIBL (Uni Augsburg) konnte in 2002 diese Theorie mit Hilfe eines
speziellen Rasterkraftmikroskops bestätigen.
Es zeigte sich, dass Energieverluste immer dann auftraten, wenn die maximale Haltekraft zwischen den Atomen der
Grenzflächen überschritten und in ihre Ausgangsposition zurückschnellten, ähnlich einer Gitarrensaite. Während die
Gitarrensaite ihre durch die Aufspannung gespeicherte Energie in Schall umsetzt und somit für mechanische Arbeit
nicht mehr zur Verfügung steht, wird die Schwingungsenergie der aufgespannten Atome als Wärme freigesetzt
.[19]
Als Ursache für die starke Anziehungskraft der Atome fest aufeinander gedrückter Grenzflächen werden in
der Regel die van-der-Waals-Krafte oder der Casimir-Effekt ins Feld geführt, deren Ursachen im Vakuum
vermutet werden. [28]
plastische Verformung: Analog könnte die Erwärmung von Material bei plastischer Verformung infolge von Schlag-, Stoß-, Zug- und
Druckeinwirkung erklärt werden. Feste Materialien verformen sich bei mech. Einwirkung elastisch und linear bis zur
Fließgrenze. Erst bei Überschreitung dieser Grenzbeanspruchung beginnt die nichtlineare plastische Verformung, was
dann spürbar mit Wärmefreisetzung verbunden ist. Bei Metallen sinkt die Fließgrenze mit steigender Temperatur.
Möglicherweise korreliert die Fließgrenze mit den Gitterabständen des Materialgefüges, dem durch die Dehnung
und/oder Stauchung Eigenschaften eines Hohlraumresonators mit veränderter Eigenfrequenz aufgeprägt werden.
dielektrische Erwärmung: z.B. Mikrowellen, Wechselstrom; Kondensatorerwärmung
Elektrische Dipole werden durch das elektrische Feld gedreht, wobei sie sich parallel zu ihm stellen. Dabei nehmen sie
Energie aus dem Feld auf. Die Orientierung geht nach Abschalten des Feldes durch Stöße verloren (Relaxation). Dabei
geht die potenzielle Orientierungsenergie in kinetische Wärmeenergie über. Nach Desorientierung wird das Feld
wieder angeschaltet, denn nur unorientierte Moleküle können wieder im Zuge der Orientierung Energie dem Feld
entziehen.
Analog ist es bei Wechselfeldern: Bei niedrigen Frequenzen erfolgt die Orientierung der Feldumkehr vollständig, bei
hohen Frequenzen gar nicht. In beiden Fällen ist die Energieabgabe aus dem Feld, d.h. die Absorption gering. Erst bei
dazwischenliegenden Frequenzen, die sich reziprok zur Relaxationszeit verhalten (f = 1/τ ), ist die Absorption
stark. Mit diesen Frequenzen arbeiten Mikrowellenherde. [20]