Wärmelehre

Wärmekapazität

Inhaltsübersicht

Was ist das eigentlich genau? In diesem Beitrag erfährst du alle wichtigen Eigenschaften und Formeln mit Fokus auf die spezifische Wärmekapazität.

Sicherlich hast du dir schon einmal Wasser in einem Wasserkocher zum Kochen gebracht. Wie viel Energie du dafür genau aufwenden musst, kannst du mit Hilfe der spezifischen Wärme berechnen.

Definition – Wärmekapazität

Es handelt sich hierbei um eine physikalische Einheit der Thermodynamik. Dabei beschreibt es das Verhältnis aus zugeführter Wärme und der daraus resultierenden Temperaturveränderung eines Körpers oder Stoffes.

C\ =\ \frac{\Delta Q}{\Delta T}

Das Formelzeichen ist C und in der Einheit J/K angegeben.

Ein Stoff verhält sich prinzipiell unterschiedlich beim Erwärmen, je nachdem ob man die Messung bei konstantem äußerem Druck p oder bei gleichbleibendem Volumen V durchführt.

Wärmekapazität Druck und Volumen
Wärmekapazität

Dies hat dann auch Auswirkungen auf die Fähigkeit der Gase Arbeit zu verrichten. Aus diesem Grund unterscheidet man beim Formelzeichen auch zwischen C_p oder C_V.

Spezifische Wärme

Die spezifische Wärme oder auch spezifische Wärmekapazität gibt Auskunft über die Fähigkeit eines Stoffes, Wärme und damit thermische Energie zu speichern und ist immer stoffbezogen. Hierbei bezeichnet sie jene Energie, die du benötigst, um 1 Kilogramm eines bestimmten Stoffes um 1 Grad Celsius zu erwärmen. Umgekehrt kannst du damit natürlich auch die Energiemenge berechnen, die ein Stoff an seine Umgebung abgibt, wenn er abkühlt.

Das Formelzeichen für die spezifische Wärme ist c

Sie lässt sich mittels der Wärme, die einem Stoff zugeführt oder entzogen wird, der Masse des Stoffes und der damit verbundenen Temperaturänderung berechnen. Die Formel hierfür lautet: c=\frac{\mathrm{\Delta Q}}{m\cdot\mathrm{\Delta T}}

Dabei ist ΔQ die zugeführte beziehungsweise entzogene Wärmemenge in Joule, m die Masse des Stoffes und ΔT die Temperaturänderung, welche sich aus \mathrm{\Delta T}=T_2-T_1 zusammensetzt.

Spezifische Wärmekapazität
Spezifische Wärme

Die Einheit ist im internationalen Einheitensystem festgelegt und lautet [c]=\ \frac{J}{kg\cdot\mathrm{K}}.

Spezifische Wärmekapazität–Tabelle

Für einige wichtige Elemente – Feststoffe, Gase und Flüssigkeiten – siehst du in dieser Tabelle die zugehörigen spezifischen Wärmekapazität.

Spezifische Wärme Tabelle
Spezifische Wärmekapazität-Tabelle

Natürlich musst du die Werte nicht alle auswendig kennen. Hierfür gibt es genügend Nachschlagewerke und frei zugängliche Tabellen, die du dir bei der Berechnung zu Hilfe nehmen darfst. In Prüfungen werden diese auch oft bereitgestellt.

Wärmekapazität Luft & Wärmekapazität Wasser

Trotzdem kann es nicht schaden, die spezifische Wärme der gängigsten Stoffe im Kopf zu haben.

Dazu zählt zum einen die Wärmekapazität von Wasser im flüssigen Zustand bei 20°C: c_{Wasser}=4,19\frac{kJ}{kg\cdot K}.

Und zum anderen die Wärmekapazität von Luft bei Zimmertemperatur und konstantem Druck: c_{Luft}=1,005\frac{kJ}{kg\cdot K\ }.

spezifische wärmekapazität luft, spezifische wärmekapazität wasser
Wärmekapazität Luft – Wärmekapazität Wasser

Wenn du jetzt noch ein weiteres Beispiel sehen möchtest, dann schau dir doch das Video „Spezifische Wärmekapazität“ an. Darin zeigen wir dir, wie du die benötigte Energie berechnen kannst um einen Raum um drei Grad Celsius zu erhöhen.

Sehr gut! Nun hast du einen sehr guten Überblick über das Thema und kannst berechnen, wie viel Energie verloren geht, wenn du vergisst, das erhitzte Wasser in deinem Wasserkocher zu nutzen.


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