Innere Energie

Die innere Energie Q ist die in einem Körper gespeicherte Wärmeenergie.

Berechnung der Inneren Energie:

Die Änderung der inneren Energie eines Körpers ist einerseits proportional Proportional zur Änderung der Temperatur, andererseits auch zur Masse des Körpers. Die Proportionalitätskonstante ist allerdings vom Material des Körpers abhängig. Sie wird “spezifische Wärmekapazität” genannt. Ihre Einheit ist . Damit erhält man als Formel für die Änderung der Inneren Energie: ; wird der Temperaturunterschied in Kelvin (und nicht in °C) angegeben, schreibt man üblicherweise:

Spezifische Wärmekapazität wichtiger Materialien:

Einheit ist stets

• Wasser: c=4,183
• Eis: c=2,060
• Wasserdampf: c=2,020
• Eisen: c=0,444
• Kupfer: c=0,385
• Stahl: c=0,47

Änderung des Aggregatzustands

Auch um einen Körper in einen anderen Aggregatzustand zu bringen muss innere Energie zugeführt (schmelzen, sieden, sublimieren) oder entzogen werden (kondensieren, gefrieren, resublimieren). Die Dafür benötigte Energie hängt wiederum vom Material (spezifische Schmelz bzw. Siedeenergie s bzw. r) und der Masse des Körpers ab.

Die Formel für die innere Energie, die für einen Wechsel des Aggregatzustands benötigt wird lautet also:

Temperatur-Energie-Diagramm

Die oben erläuterten Zusammenhänge können in einem Temperatur-Energie-Diagramm schön veranschaulicht werden:

In diesem lassen sich die für den Schmelzvorgang bzw. das Sieden benötigten Energien ablesen (Längen der waagrechten Abschnitte), aber auch die spezifischen Wärmekapazitäten (Steigung der entsprechenden Abschnitte) sowie der Schmelz- und Siedepunkt (y-Wert der waagrechten Abschnitte)

Energieerhaltung:

Auch für die innere Energie gilt der Energieerhaltungssatz. Dadurch können auch die Reibungsverluste bei mechanischen Bewegungen bei der Energieerhaltung berücksichtigt werden: sie entsprechen der Änderung der inneren Energie.

Auch bei zahlreichen chemischen Reaktionen wird innere Energie frei (exotherme Reaktionen) oder aufgenommen (endotherme Reaktionen). Die freiwerdenden Energiebeträge können mit Hilfe des Energieerhaltungssatz über die Messung der Erwärmung der Umgebung bestimmt werden.