Waermelehre

 

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Temperatur

Materiezustand

Zustandsaenderung

Verdunstung

 

Schmelzen

Ausdehnung

Laengenausdehnung

Bimetallstreifen

 

Volumenausdehnung

Anomalie

Energie

Waermeuebergang

 

Temperaturskalen

Fluessigkeitsspiegel

Lufterwaermung

Waermestroemung

 

Thermosflasche

Dehnungsfugen

Kuehlschrank

Sonnenkollektor

 

Verbrennungsmotor

Molekularbewegung

 

 

 

 


Einführung:

Die Wärmelehre, auch Thermodynamik genannt, ist ein Teilgebiet der klassischen Physik. Bei der Wärmelehre geht es um Wärmemenge oder Wärmeenergie. Sie hat die Einheit Q und wird in Joule gemessen. Wärmeenergie wird von Wärmequellen geliefert. Du kennst Wärmequellen mit Verbrennung wie z.B. die Kerzenflamme oder ein Lagerfeuer. Auch eine elektrisch betriebene Wärmequelle wie ein Elektroherd ist Dir bekannt. Reibe Deine Hände aneinander und halte sie dann an Dein Gesicht. Jetzt merkst Du: " Durch Reibung entsteht Wärme ". Wärme ist der Grund für Deine Empfindungen " warm " und " kalt ". Nach dem Modell der mechanischen Wärmetheorie wird Wärme durch die Bewegung der kleinsten Teilchen eines Körpers verursacht. Je stärker die Bewegung der Teilchen eines Körpers, desto höher ist seine Temperatur und umgekehrt. Bei sehr hoher Temperatur kann ein Körper schmelzen und schließlich sogar verdampfen.


Wärmelehre

Zwischen der Temperatur T in Kelvin und der kinetischen Energie E in Joule besteht eine direkte Proportionalität ( Verhältnismäßigkeit ). Die Temperatur verhält sich direkt proportional zur kinetischen Energie eines Körpers. Trägt man zueinander gehörende Werte als Punkte in ein Koordinatensystem ein, so ergibt sich daraus eine Gerade. Diese Gerade verläuft durch den Ursprung  ( Nullpunkt ) des Koordinatensystems. An dieser Stelle ist die Temperatur Null Kelvin. 

Kinetische Energie und TemperaturDie eigentliche physikalische Größe, welche sich auf die Temperatur auswirkt, ist die Bewegungsenergie der Teilchen. Unter Teilchen verstehen wir die Moleküle, Atome und Ionen, aus denen sich ein Körper zusammensetzt. Je mehr Wärme ein Körper aufnimmt, desto schneller bewegen sich seine Teilchen. Im gleichen Maße wächst auch die kinetische Energie der Teilchen.




Wärmelehre

Wie warm oder wie kalt ein beliebiger Körper ist wird durch seine Temperatur bestimmt. Wir können den Wärmezustand eines Körpers ohne Hilfsmittel nur vage feststellen. Unser Wärmeempfinden ist eben subjektiv. Eindeutig und klar können wir aber die Temperatur eines Stoffes mit Hilfe von Thermometern messen. Das gilt für alle Körper, egal ob die Stoffe fest, flüssig oder gasförmig sind. 

Temperaturskalen von Celsius und KelvinZiemlich bekannt sind Quecksilber-Thermometer mit einer Quecksilber-Säule im Steigrohr und einer Gradeinteilung gemäß der Celsius-Skala. Diese Celsius-Skala ist unter Einsatz von Wasser durch zwei feste Punkte bestimmt. Der eine Punkt gibt für 100 Grad Celsius die Siedetemperatur des Wassers an. Der andere Eck-Punkt wird als 0 Grad Celsius bezeichnet. Diese Temperatur stellt sich in einem Gemisch aus Wasser und Eis ein. Zwischen diesen beiden Punkten teilt man die Skala in 100 gleiche Teile. Jedem einzelnen Teil entspricht ein Grad Celsius. Die 100-Grad-Einteilung wird jeweils noch zu höheren und niedrigeren Temperaturen fortgesetzt.

Neben der Grad-Einteilung nach Celsius sind auch Grad-Einteilungen nach Kelvin im Gebrauch. Das kannst Du aus der Abbildung entnehmen. Der englische Physiker William Thomson, genannt Lord Kelvin, führte diese Kelvin-Skala ein. In dieser Skala ist der absolute Nullpunkt auf Null Kelvin oder auf -273 Grad Celsius bzw. genau -273,15 Grad Celsius festgelegt. Dieser Nullpunkt der Kelvin-Skala wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet, weil es keine tieferen Temperaturen gibt.

Wie Du siehst, entsprechen die Temperaturintervalle auf der Kelvin-Skala den Temperaturintervallen auf der Celsius-Skala.

Dem Formelzeichen " t " entspricht die Einheit Grad Celsius, ° C. Dem Formelzeichen " T " ist die Einheit Kelvin, K, zugeordnet. Bei Kelvin bleibt das " ° "-Zeichen weg!.



Wärmelehre

In fester Materie liegen die einzelnen Teilchen dicht aneinander und " zittern " nur ganz geringfügig um ihre feste Position. Deswegen erscheinen uns feste Stoffe als hart und lassen sich im Allgemeinen nicht leicht verformen.
Bei flüssigen Stoffen sind die Teilchen gegeneinander beweglich. Zusätzlich besitzen sie eine hohe Geschwindigkeit. Da die Teilchen lose aneinander hängen, kann sich ein flüssiger Stoff beliebig verformen.
Fest oder fluessig oder gasfoermigIm gasförmigen Zustand fliegen die Teilchen einzeln und ungebunden durch den Raum. Ein gasförmiger Stoff füllt den ihm zur Verfügung stehenden Raum vollständig aus. Teilchen im gasförmigen Zustand haben eine sehr hohe Geschwindigkeit.








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AggregatzustaendeDer Zustand eines Stoffes kann von fest zu flüssig, flüssig zu gasförmig oder fest zu gasförmig erfolgen. Jeder Übergang von einem Aggregatzustand in einen anderen wird als Aggregatszustands-Änderung bezeichnet. Wie Du leicht erkennen kannst, nimmt die Temperatur in der vorliegenden Abbildung von links nach rechts zu und in der entgegengesetzten Richtung ab.




Wärmelehre

Verdunsten einer FlüssigkeitVerdunstung erfolgt unterhalb des Siedepunkts einer Flüssigkeit. Bei einer Verdunstung geht die Flüssigkeit langsam in einen gasförmigen Zustand über. Die hierfür erforderliche Wärmemenge wird der Flüssigkeit und der Umgebung entzogen. 

In der Flüssigkeit bewegen sich nicht alle Teilchen gleich schnell. Moleküle mit einer größeren Geschwindigkeit können von der Flüssigkeitsoberfläche direkt in die umgebende Luft entweichen. Dabei müssen sie die Kohäsionskräfte überwinden. Von höherer Temperatur der Flüssigkeit wird die Verdunstung begünstigt.

 


Wärmelehre

Schmelzen nennt man das Umwandeln von festen Körpern in flüssige Körper. Dieser Vorgang erfolgt durch Wärmezufuhr bzw. bei Erhöhung der Temperatur. Ist der Schmelzpunkt erreicht, so beginnt der Körper zu schmelzen. Wird einer Flüssigkeit Wärme entzogen, so erstarrt sie bei Erreichen der Erstarrungstemperatur. Sie erlangt einen festen Aggregatzustand.

Schmelzen und Sieden einer FlüssigkeitBeim Sieden wandelt sich ein flüssiger Körper in einen gasförmigen Stoff um. Wenn der Siedepunkt erreicht ist, beginnt die Flüssigkeit zu verdampfen. Der Siedepunkt ist vom äußeren Druck abhängig. Wasser siedet in Meereshöhe z.B. bei 100 Grad Celsius und in höheren (Gebiets)-Lagen schon bei 90 Grad Celsius. Wird einem Gas Wärme entzogen, so kondensiert es bei Erreichen der Kondensations-Temperatur. Es wird flüssig. Es erlangt den flüssigen Aggregatzustand. Was für Gas gilt, gilt auch für Dampf.

Beim Schmelzen und Sieden erhöht sich die Temperatur eines Stoffes trotz Wärmezufuhr nicht.

 


Wärmelehre

Durch Temperaturerhoehung dehnt sich ein Körper aus. Die Temperaturerhöhung wird durch

Δϑ = T - T

beschrieben. Der Körper vergrößert sein Volumen. Beim Abkühlen zieht er sich im gleichen Maße wieder zusammen. Bei Drähten, Stäben und Schienen sprechen wir in diesem Zusammenhang von einem Längen-Ausdehnungs-Koeffizienten. Er ist eine Materialkonstante. Sie wird mit Alpha α bezeichnet. Der Koeffizient gilt für eine lineare Ausdehnung in eine Richtung oder Dimension. Zum Unterschied dazu müssen wir bei einer Volumenausdehnung alle drei Dimensionen des Raumes berücksichtigen. Der Raum-Ausdehnungs-Koeffizient wird mit Gamma γ bezeichnet. Dieser kubische Ausdehnungs-Koeffizient γ ist etwa dreimal so groß wie der lineare Ausdehnungs-Koeffizient. Das lässt sich kurz durch

γ ≈ 3 α

darstellen. Meist ist der kubische Ausdehnungs-Koeffizient von Flüssigkeiten sehr viel größer als der von Gasen. Bitte beachte, dass Du bei diesem Versuch gleich vier griechische Buchstaben kennen lernst: Alpha α, Gamma γ, Theta ϑ und Delta Δ.

Längenausdehnung

      Hier bedeuten:

      l = Anfangslänge, das heißt Länge bei T   und T = Anfangstemperatur

      l = Endlänge, das heißt Länge bei T   und T = Endtemperatur

      Δ T = T -T   und  Δ l = l - l    wobei  α = linearer Ausdehnungs-Koeffizient ist

      Δ l = l mal α mal ΔT                                und ∆ T = T - T

Die Verlängerung ∆ l wird umso größer, je höher die Temperatur T ist.


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LängenzunahmeDer lineare Ausdehnungs-Koeffizient ist von der Anfangstemperatur des Körpers sowie der Temperaturerhöhung und der Art des Stoffes abhängig.

So nimmt die Länge eines Stabes aus Aluminium bei 18 Grad Celsius um den Bruchteil von ca.


24 mal 10 -


pro Grad zu. Dabei ist die Temperatur auf Kelvin oder Grad Celsius bezogen.

 


Wärmelehre

Ein Bimetall-Streifen ist eine Verbindung von zwei Metall-Streifen. Die beiden Metalle, hier als Metall A und Metall B bezeichnet, haben einen unterschiedlichen Wärme-Ausdehnungs-Koeffizienten Alpha α. Der Streifen rechts in der Abbildung sei erwärmt worden. Hierdurch dehnt sich der Streifen aus. Das Metall mit dem größeren Alpha α nimmt stärker zu als der andere. Das Bimetall wird nach der entgegengesetzten Seite gekrümmt.

Krümmung von BimetallDie Temperaturerhöhung " Δ T ( T- T ) " bewirkt also neben dem Ausdehnungs-Koeffizienten die Krümmung des Metall-Streifens.






Wärmelehre

Eine Kugel möge aus Eisen oder Kupfer bestehen. Im kalten Zustand oder bei Zimmertemperatur passt sie genau durch den abgebildeten Ring hindurch.

VolumenausdehnungMit Hilfe einer Kerzenflamme erhitzen wir die Kugel stark. Jetzt fällt sie nicht mehr durch den Ring. Sie bleibt nach dieser Erwärmung stecken. Erst eine abgekühlte Kugel passt wieder durch die Öffnung. 

Durch die Erwärmung war die Kugel nicht schwerer geworden, sie hatte nur ihr Volumen vergrößert.

 

 


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Fast alle Stoffe ziehen sich beim Abkühlen mehr und mehr zusammen. Für Wasser gilt das nicht. Erwärmt man Wasser von Null Grad Celsius, dann zieht es sich zunächst zusammen. Bei + 4 ° Celsius hat Wasser sein kleinstes Volumen. Wird Wasser weiter über 4 ° Celsius hinaus erwärmt, dehnt es sich wieder aus!

Anomalie des WassersDieses auffällige Verhalten des Wassers bei + 4  Celsius nennt man die " Anomalie des Wassers ". Die Wasserteilchen ( Moleküle ) sind im Eis weniger nahe beieinander. Die Wärmebewegung der Teilchen ist so gering, dass sich die Moleküle nicht genügend gegeneinander verschieben können. Dieses Phänomen ist auch der Grund dafür, dass Eis bei dieser Temperatur an der Oberfläche des Wassers schwimmt.





Wärmelehre
Das in dem Ballon eingeschlossene Gas besitzt eine innere Energie E. Diese innere Energie setzt sich aus der potentiellen Energie E ( pot ) und der kinetischen Energie E ( kin ) der Gas-Teilchen zusammen. Wird nun das Gas in dem Luftballon erwärmt, so erhöht sich die innere Energie und damit der Druck des Gases.
Innere Energie des LuftballonsDer Ballon dehnt sich aus. Ein Teil der inneren Energie wird in Arbeit W umgewandelt. Diese Arbeit nennen wir Ausdehnungsarbeit

W = F mal s

Dieser Bruchteil der Wärmemenge bzw. der inneren Energie ist also in mechanische Arbeit umgewandelt worden.
Allgemein gilt: "Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant". Das ist das Prinzip von der Erhaltung der Energie. Diese Aussage bildet den Inhalt des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik.


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Die Temperatur T von zwei Körpern A und B bestimmt die Richtung des Wärmeübergangs von einem Körper zum anderen. Beim Wärmeaustausch geht ein ausgetauschter Betrag an Wärme Δ Q = ( Q
- Q ) von einem Körper mit höherer Temperatur T ( A ) auf einen anderen mit niedrigerer Temperatur T ( B ) über.
Richtung von Wärmeübergängen
Dieser Vorgang dauert so lange, bis ein Temperaturausgleich zwischen den Körpern stattgefunden hat. Am Ende haben beide Körper die gleiche Temperatur.
Die schnelleren Teilchen des wärmeren Körpers stoßen die langsameren des kalten Körpers an und geben dabei kinetische Energie E ( kin ) an diesen ab. Im Endzustand haben die Teilchen beider Stoffe die gleiche mittlere kinetische Energie bzw. die gleiche thermische Energie. Dieser Zusammenhang ist der Inhalt des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik.


Wärmelehre
In der schematischen Darstellung gelangt Wärme durch Erhitzen von unten an eine Gefäßwand. Die Gefäßwand gibt die Wärme durch Wärmeleitung an das Wasser im Gefäßinneren weiter. Infolge der Temperaturerhöhung des Wassers verringert sich seine Dichte im unteren Teil des Wasserbeckens. Das Wasser  gerät in Bewegung.
Wärmeströmung bei erhitztem WasserBei erwärmtem oder kochendem Wasser steigt ein wärmerer Wasseranteil nach oben. Ein kälterer Wasseranteil führt eine Abwärtsbewegung aus. Auf diese Weise entsteht ein Transport kompletter Flüssigkeitsmassen, die Wärmeenergie mit sich führen. Dabei findet eine Durchmischung des Wassers statt.
Diese Art von Wärmetransport erfolgt in den Zentralheizungen unserer Wohnungen. Hier sind die Dichteunterschiede des Vorlaufwassers und des Rücklaufwassers für die Wärmeströmung verantwortlich. Bei der Warmwasserheizung werden oft zusätzlich noch Umwälzpumpen hinzugeschaltet, um die die wohltuende Wirkung der Wärmemitnahme weiter zu erhöhen.


Wärmelehre
Thermosflaschen dienen zum Warmhalten oder Kalthalten von Flüssigkeiten. Thermosflaschen sollen einen Wärmeaustausch mit der Umgebung verhindern. Sie sind als doppelwandige Gefäße aufgebaut, bei denen die Luft zum großen Teil aus dem inneren Zwischenraum entfernt wurde.
Wärmedämmung einer ThermosflascheZwischen den Innenwänden herrscht infolgedessen ein Unterdruck. Zum Schutz vor einer Zersplitterung des Glases ist das Gefäß meist noch von einem Blechmantel umgeben. Das vorhandene Vakuum mindert eine Wärmeübertragung sowohl durch Wärmeleitung wie auch eine Wärmeübertragung durch Wärmeströmung (auch Wärmemitnahme oder Konvektion genannt ). Die inneren Flächen des Gefäßes sind außerdem glänzend versilbert. Diese Verspiegelung stoppt eine Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung. Das ist die dritte Art eines möglichen Wärmeverlustes für den Thermosflaschen-Inhalt.
Eine totale Wärmedämmung läßt sich aber nicht erreichen. Man versucht jedoch, alle drei genannten Arten der Wärmeübertragung so klein wie möglich zu halten.


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Alle Substanzen ändern ihr Volumen bei einer Temperaturänderung. Meist expandiert ein Körper, wenn seine Temperatur erhöht wird. Beim Abkühlen zieht sich der Körper wieder zusammen.

Ausdehnung von FlüssigkeitenBei Flüssigkeiten ist die Volumenzunahme von der Temperaturänderung und vom ursprünglichen Volumen der Flüssigkeit abhängig. Zudem wird die Ausdehnung einer Flüssigkeit von der Art des Stoffes beeinflusst. So dehnt sich Heizöl bei Temperaturerhöhung stärker aus als Quecksilber und Alkohol wieder stärker als Heizöl. Für Quecksilber ist die Temperaturabhängigkeit also am geringsten. Die unterschiedliche Ausdehnung der drei genannten Flüssigkeiten bewirkt somit einen unterschiedlichen Flüssigkeitsspiegel in den drei Steigrohren bzw. langen Hälsen der Rundkolben nach der Erwärmung.

Die thermische Ausdehnung von Flüssigkeiten ist meist sehr viel größer als die von festen Körpern.



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Erhitzen wir Luft in einem abgeschlossenen Gefäß wie einem Rundkolben, so kann sich die Luft nicht ausdehnen. Dafür steigt aber der Druck der Luft im Kolben. 

Ausdehnung von GasenIn unserem Versuch leiten wir die erhitzte Luft oder ein anderes erhitztes Gas durch ein enges Rohr in ein Gefäß mit Wasser. Die bei der Erwärmung des Kolbens aufsteigenden Gasbläschen im Wasserbad sind ein Beweis für den Druckanstieg im Kolben. Auf diese einfache Art lässt sich die thermische Ausdehnung von Luft bei Temperaturerhöhung nachweisen. 

Wenn wir für diesen Versuch einen konstanten Druck voraussetzen, dann dehnt sich jedes Gas bei Temperaturerhöhung um 1 durch 273 seines Volumens bei 0 Grad Celsius aus. In dieser Form gilt das Gesetz für alle Gase gleichermaßen. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten ist also der thermische Ausdehnungskoeffizient " α " von Gasen für alle Gase gleich

Der thermische Ausdehnungskoeffizient  " α " von Gasen ist also konstant und temperaturunabhängig. Das ist ein Gesetz, das in weiten Bereichen gültig ist.


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Fast alle Körper dehnen sich bei Erwärmen aus und ziehen sich bei Abkühlen wieder zusammen. Die eintretende Volumenänderung hängt von der Art des Stoffes, von seinem Anfangsvolumen und der auftretenden Temperaturänderung ab.

Dehnungsfugen bei Terrassen-Platten


So muss beim Bauen und in der Technik die Wärmeausdehnung auch von festen Körpern berücksichtigt werden. Sonst gäbe es durch eine Volumenänderung der Körper beim Ausdehnen und Wiederzusammenziehen Risse und andere Schäden. Man baut deshalb zwischen den Platten Dehnungsfugen ein, die mit elastischem Material gefüllt werden. In der vorliegenden Abbildung sorgt eine spezielle gummiartige Masse zwischen den Terrassen-Platten für den erforderlichen Ausgleich. Die Fugen werden enger, wenn es warm ist und sie sind bei Kälte weiter auseinander.

Auch die Moleküle von festen Körpern benötigen durch heftiger werdende Schwingungen bei einer Temperaturerhöhung mehr Platz. Im Vergleich zu Gasen und Flüssigkeiten ist aber die Größe der Ausdehnung für Festkörper bei einer Temperaturzunahme am geringsten.


Wärmelehre
In den engen Rohren des Verdampfers ( im rechten Teil der Abbildung ) im Innenraum eines Kühlschranks, wo Lebensmittel gelagert werden, geht Wärme auf ein so genanntes Kältemittel über. Durch die Temperaturerhöhung in den Rohren des Verdampfers beginnt das Kältemittel zu sieden. Es entsteht Kältemittel-Dampf. Der Dampf wird von einem Verdichter, Kompressor genannt, angesaugt.
Kältemittel im Röhren-System eines KühlschranksDer Kompressor verdichtet den Dampf und befördert ihn zu einem Wärmetauscher. Hier ( im linken Teil der Abbildung ) findet eine Verflüssigung des Kältemittels statt. Das unter Druck verflüssigte Arbeitsmittel erwärmt sich dabei bis weit über die Raumtemperatur, z.B. die Küchen-Temperatur. Die im Kühlraum aufgenommene Wärme geht so in die Raumluft über. Die Wärmeenergie wird also an die Umgebung abgegeben. Nach außen wirkt demnach ein Kühlschrank wie eine Heizung.
Das hinter dem Verflüssiger liegende Drosselventil entspannt das Kühlmittel wieder auf einen niedrigeren Druck. Anschließend strömt die Arbeitssubstanz durch die in sich geschlossenen, schlangenförmigen Rohrleitungen wieder in den Verdampfer zurück und entzieht dem Kühlraum abermals Wärme. Damit bleiben die Nahrungsmittel gekühlt.
Für den reibungslosen Betrieb des Kühlschranks werden die besonderen Eigenschaften von Kältemitteln genutzt. Das Kältemittel hat einen Siedepunkt unter Null Grad Celsius. Im Röhren-System durchläuft es einen Kreislauf, der durch einen Elektromotor ständig aufrecht erhalten werden muss.
Zu den geeigneten Arbeitssubstanzen gehören gasförmiges Schwefeldioxid, Ammoniak oder Kohlendioxid. Sie haben ähnliche Eigenschaften miteinander. Es sind leicht siedende Stoffe.


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Die Energievorräte der Erde werden immer knapper und sie werden wie z.B. das Öl immer teurer. Die Sonne dagegen strahlt ununterbrochen. Deshalb versuchen wir, die Sonne zur Energiegewinnung zu nutzen. Diese von der Natur umsonst gelieferte Energie wird z.B. in Solarzellen, solaren Wärmekraftwerken und Sonnenkollektoren genutzt.
Strömender Wärmeträger beim SonnenkollektorDer Sonnenkollektor ist ein Gerät, mit dem Sonnenstrahlen aufgefangen werden. Die in der Abbildung skizzierte Wasser-Aufbereitungsanlage ist solch eine Einrichtung. Sie besteht aus einem Sonnenkollektor, einem Warmwasserspeicher, zwei getrennten Rohrsystemen und einer Regeleinrichtung. Der Kollektor wird auf einem nach Süden ausgerichteten Dach unter optimalem Neigungswinkel montiert. So trifft Sonnenstrahlung auf die mattschwarze Glas-Oberfläche. Die vom Kollektor aufgenommene Wärmemenge gelangt mit der Kollektorflüssigkeit ( bestehend aus Wasser oder flüssigem Natrium ) zu dem Warmwasserspeicher. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit durch eine geregelte Umwälzpumpe beeinflusst. Die Richtungen der Flüssigkeitsströmungen sind in der Abbildung durch Pfeile gekennzeichnet. Über den im Warmwasserspeicher eingebauten Wärmetauscher ( ein Gerät, das für den Temperaturausgleich sorgt ) gibt dann die Kollektorflüssigkeit die aufgenommene Energie als Wärme an das Brauchwasser im Wärmespeicher ab. Durch die Wärmemitnahme des Brauchwassers können Räume beheizt werden.
In Zeiten mit wenig Sonneneinstrahlung muss eine elektrisch betriebene Zusatzheizung eingesetzt werden.


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Ein Verbrennungsmotor ist eine Kolben-Kraftmaschine, in welcher durch ein explosionsartiges Verbrennen Antriebsenergie erzeugt wird. Die Brennstoffe werden in einem Metall-Zylinder zur Explosion gebracht. Hierdurch drücken sie einen in dem Zylinder gleitenden Kolben nach unten. Die hin und hergehende Bewegung des Kolbens wird in eine Drehbewegung umgewandelt.
Ottomotor und DieselmotorDas gelingt mit Hilfe einer Pleuelstange, welche die Kolbenbewegung auf eine Kurbelwelle überträgt. Die für die Verbrennung benutzten Substanzen haben einen speziellen so genannten Flammpunkt. Wird dieser überschritten, so tritt eine schlagartige Verbrennung ein, wenn zusätzlich ausreichend Sauerstoff im Zylinder vorhanden ist. Kennzeichnend für Verbrennungsmotoren sind die in der Abbildung eingezeichneten Ventile zum Einlass der Verbrennungsgase und Auslass der Abgase. Diese Ventile öffnen oder schließen je nach Bedarf im richtigen Moment.
Die bekanntesten Verbrennungs-Kraftmaschinen sind der Ottomotor und der Dieselmotor. Beide gehören zu den Kolben-Kraftmaschinen.
Beim Ottomotor ( mittlere Skizze ) sorgt ein Gemisch aus Luft und Benzin für eine rasche Verbrennung. Diese wird durch den Funken einer Zündkerze ausgelöst, der das verdichtete Gemisch zur Explosion bringt.
Zum Antrieb des Dieselmotors wird als Treibstoff Öl benutzt. Das Öl wird mittels einer Pumpe, die gleichzeitig als Zerstäuber dient, in den Zylinder gespritzt und dort verbrannt. Der Dieselmotor ist wegen dieses Vorgangs ein typischer Einspritzmotor. Bei ihm erfolgt die Verdichtungserhitzung durch Selbstzündung.
Für den erwünschten gleichmäßigen Lauf der Motoren sorgt außerdem eine so genannte Schwungscheibe, die einen störungsfreien Betrieb des Motors ermöglicht.


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Pflanzenteile in einem Wassertropfen werden mit einem Mikroskop untersucht. Ein winziger Wassertropfen reicht dafür bereits aus.
Brownsche MolekularbewegungDie vier in der schematischen Darstellung erkennbaren Teilchen schwimmen völlig ungeordnet durcheinander. Sie führen willkürliche Zickzackbewegungen aus. Die Zickzackbewegung wird bei höherer Temperatur umso stärker. Die Bewegung erfolgt aufgrund der andauernden, regellosen Stöße der einzelnen winzigen Wasser-Moleküle. Die Masse der Pflanzenteile ist sehr groß im Vergleich zu der Masse der Wasser-Moleküle, deren Zahl aber immens ist. Sie sind so klein, dass sie unter dem Mikroskop nicht mehr sichtbar gemacht werden können. Man sieht im Mikroskop nur die durch die Moleküle hervorgerufene Zufallsbewegung der im Tropfen schwimmenden Pflanzenteile ( in dieser Abbildung als Kreis dargestellt ). Nach einem Molekülstoß erfolgt eine Richtungsänderung, wie im linken Teil der schematischen Darstellung zu sehen.
Der englische Botaniker Robert Brown untersuchte im Jahre 1827 als erster diese nach ihm benannte Molekularbewegung an im Wasser schwimmenden Pollenkörnern.


Wärmelehre


Rubrik Wärmelehre im Oktober 2006 erweitert.