Was ist die Wärmemenge?

Die Wärmemenge ist die Energiemenge, die beim Erwärmen einem Körper zugeführt oder beim Abkühlen an die Umgebung abgegeben wird. Sie beschreibt also Wärme als übertragene Energie, nicht als „Stoff“. Angegeben wird in .

Was ist der Unterschied zwischen Wärmekapazität und spezifischer Wärmekapazität?

Die Wärmekapazität sagt, wie viel Wärmeenergie ein bestimmter Körper braucht, um seine Temperatur um zu ändern. Die spezifische Wärmekapazität beschreibt dieselbe Fähigkeit bezogen auf eines Stoffes und ist deshalb ein Stoffwert. Daher gilt: in , in .

Was sagt eine hohe Wärmekapazität aus?

Eine hohe Wärmekapazität bedeutet, dass man viel Wärmeenergie zuführen muss, damit die Temperatur merklich steigt. Bei gleicher zugeführter Wärmemenge ändert sich die Temperatur dann weniger als bei einem Stoff mit kleiner Wärmekapazität. Deshalb bleiben solche Stoffe bei Wärmezufuhr länger nahe ihrer Ausgangstemperatur.

Ist Luft ein guter Wärmespeicher?

Luft ist als Wärmespeicher eher schlecht, weil ihre spezifische Wärmekapazität mit etwa deutlich kleiner ist als die von Wasser mit . Pro Kilogramm kann Luft also weniger Wärmeenergie speichern. Weil Luft außerdem eine geringe Dichte hat, ist die gespeicherte Wärme pro Raumvolumen besonders klein.

Video

Hier geht's zum Video „Spezifische Wärmekapazität - Beispiel“

Wärmekapazität

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.

Inhaltsübersicht

Definition – Wärmekapazität

Es handelt sich hierbei um eine physikalische Einheit der Thermodynamik.

Merke

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 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 $[c]=\ \frac{J}{kg\cdot\mathrm{K}}$ .

Studyflix vernetzt: Hier ein Video aus einem anderen Bereich

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.

Wärmekapazität — häufigste Fragen

(ausklappen)

Was ist die Wärmemenge?

Die Wärmemenge $\Delta Q$ ist die Energiemenge, die beim Erwärmen einem Körper zugeführt oder beim Abkühlen an die Umgebung abgegeben wird. Sie beschreibt also Wärme als übertragene Energie, nicht als „Stoff“. Angegeben wird $\Delta Q$ in $\text{J}$ .
Was ist der Unterschied zwischen Wärmekapazität und spezifischer Wärmekapazität?

Die Wärmekapazität sagt, wie viel Wärmeenergie ein bestimmter Körper braucht, um seine Temperatur um $1\,\text{K}$ zu ändern. Die spezifische Wärmekapazität beschreibt dieselbe Fähigkeit bezogen auf $1\,\text{kg}$ eines Stoffes und ist deshalb ein Stoffwert. Daher gilt: in $\text{J}/\text{K}$ , in $\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}$ .
Was sagt eine hohe Wärmekapazität aus?

Eine hohe Wärmekapazität bedeutet, dass man viel Wärmeenergie zuführen muss, damit die Temperatur merklich steigt. Bei gleicher zugeführter Wärmemenge ändert sich die Temperatur dann weniger als bei einem Stoff mit kleiner Wärmekapazität. Deshalb bleiben solche Stoffe bei Wärmezufuhr länger nahe ihrer Ausgangstemperatur.
Ist Luft ein guter Wärmespeicher?

Luft ist als Wärmespeicher eher schlecht, weil ihre spezifische Wärmekapazität mit etwa $1{,}005\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot\text{K}}$ deutlich kleiner ist als die von Wasser mit $4{,}19\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot\text{K}}$ . Pro Kilogramm kann Luft also weniger Wärmeenergie speichern. Weil Luft außerdem eine geringe Dichte hat, ist die gespeicherte Wärme pro Raumvolumen besonders klein.

Wärmelehre verstehen

Die Wärmekapazität gehört zur Wärmelehre und beschreibt, wie Stoffe auf zugeführte Wärme reagieren. Wer sich mit der Wärmelehre beschäftigt, vergleicht zum Beispiel Stoffe, Temperaturen und Energiemengen im Alltag und in einfachen Rechnungen. Dabei wird klar, warum sich Wasser, Luft oder Metall beim Erwärmen verschieden verhalten. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.

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