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Wärme

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Definition: Energie der ungeordneten Bewegung von Atomen oder Molekülen

Englisch: heat

Kategorien: physikalische Grundlagen, Wärme und Kälte

Formelsymbol: Q

Einheit: Joule (J), Kilowattstunde (kWh)

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 07.03.2010; letzte Änderung: 05.02.2015

Wärme ist eine Form von Energie, die auch als thermische Energie bezeichnet wird. In der Thermodynamik (auch Wärmelehre) ist Wärme eine Prozessgröße; sie wird von einem thermodynamischen System bei bestimmten Prozessen mit der Umgebung ausgetauscht. Im Rahmen der Statistischen Mechanik wird Wärme als die Energie der ungeordneten Bewegung der atomaren oder molekularen Bestandteile der Materie interpretiert.

Wärme wird bei vielen physikalischen und chemischen Prozessen erzeugt, etwa

Umgekehrt kann Wärmeenergie zumindest teilweise in andere Energieformen umgewandelt werden, z. B. mit Hilfe von Wärmekraftmaschinen in mechanische Energie oder auch direkt in Wärmestrahlung und (bei hohen Temperaturen) in Licht (z. B. in Glühlampen).

Wenn Wärme einem Körper zugeführt wird, so führt dies meist zu einer Erhöhung seiner Temperatur, aber Wärmezufuhr kann ebenfalls für Phasenumwandlungen genutzt werden, etwa für das Schmelzen von Eis oder das Verdampfen von Wasser (→ latente Wärme). Ebenfalls kann Wärmezufuhr den Druck eines Gases erhöhen, etwa in einem Verbrennungsmotor.

Für Wärmemengen wird meist das Formelsymbol Q verwendet. Die Grundeinheit ist wie bei anderen Energieformen das Joule, aber es werden auch andere Einheiten wie die Kilowattstunde verwendet.

Was haben Temperatur und Wärme miteinander zu tun?

Wichtig ist die klare Unterscheidung von Wärme und Temperatur. Beispielsweise ist die Temperatur des Glühdrahts einer Glühlampe im Betrieb sehr hoch (meist über 2000 °C), aber die darin gespeicherte Wärmemenge ist sehr gering. Umgekehrt speichert ein Warmwasserspeicher trotz seiner viel niedrigeren Temperatur von z. B. 60 °C viel mehr Wärme. Wie viel Wärme einem Gegenstand zugeführt werden muss, um eine bestimmte Temperaturerhöhung zu erzielen, wird durch seine Wärmekapazität bestimmt.

Wenn einem System Wärme zugeführt wird, so erhöht dies zwangsläufig seine Entropie. Wärme kann also als eine entropiebehaftete Energieform angesehen werden. Bei mechanischer oder elektrischer Energie ist dies nicht der Fall.

Transport von Wärme

Wärme kann auf unterschiedliche Weisen transportiert werden:

Wie kommt Wärme von einem zum anderen Ort?

Speicherung von Wärme

Siehe auch den Artikel über Wärmespeicher.

Wärme lässt sich speichern, indem man sie Materie zuführt, diese also erwärmt. Beispielsweise verwendet man in der Energietechnik häufig Warmwasserspeicher. Oft wird zusätzlich der Verlust der gespeicherten Wärme nach außen reduziert, z. B. durch Wärmedämmung.

Es gibt auch Latentwärmespeicher, bei denen Wärme als latente Wärme gespeichert wird, d. h. ohne Temperaturerhöhung.

Im Prinzip lässt sich sogar im Vakuum Wärme in Form von Wärmestrahlung speichern. Die gespeicherte Wärmemenge hängt vom Volumen und der Temperatur der Behälterwände ab. Für praktische Zwecke ist sie zu gering.

Wärme in der Energietechnik

In der Technik (insbesondere der Energietechnik) spielt Wärme eine sehr wichtige Rolle:

In Deutschland wird über die Hälfte des Endenergieverbrauchs durch Wärmeanwendungen verursacht.

Hochtemperatur- und Niedertemperaturwärme

Wärmeenergie kann auf verschiedenen Temperaturniveaus vorkommen:

Die Wertigkeit von Wärme bei hohen Temperaturen ist höher als die von Niedertemperaturwärme: Sie ist vielseitiger verwendbar, aber auch tendenziell aufwendiger zu gewinnen. Man sollte möglichst vermeiden, Niedertemperaturwärme einfach aus Hochtemperaturwärme zu gewinnen.

Hochtemperaturwärme kann als eine höherwertige Energieform als Niedertemperaturwärme angesehen werden, da sie mehr Möglichkeiten bietet, etwa die effizientere Umwandlung in mechanische Energie. Wenn beispielsweise ein geothermisches Reservoir oder eine Quelle von Abwärme nur Temperaturen von 80 °C liefert, ist dies für die Gewinnung elektrischer Energie meist nicht ausreichend. Solche Wärme kann nur z. B. für Heizzwecke verwendet werden. Die “Wertigkeit” von Wärme kann als Exergie-Gehalt ausgedrückt werden.

Siehe auch: Thermodynamik, Abwärme, Verbrennung, Wärmerückgewinnung, Enthalpie, latente Wärme, Latentwärmespeicher, Wärmeübertrager, Wärmestrahlung, Wärmekapazität, Wärmemengenzähler, Energie, Exergie, Wärmekraftmaschine, Hauptsätze der Thermodynamik, Entropie, Wärmeleitung, Konvektion, thermodynamisch optimiertes Heizen
sowie andere Artikel in den Kategorien physikalische Grundlagen, Wärme und Kälte

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