Zusammenfassung
Wärme ist die Energie, die von einem Objekt zu einem anderen Objekt niedrigerer Temperatur fließt. Es ist ein Maß für die kinetische Energie, die in den Molekülen eines Gegenstandes gespeichert ist. Arbeit verwandelt sich in Wärme, das haben wir schon gesehen. Beides sind Formen von physikalischer Energie, die bekanntlich nicht verloren gehen kann. Wärme kann auch in Arbeit „zurückverwandelt“ werden. Hätte es in der Steinzeit schon die technischen Möglichkeiten gegeben, hätte Rudi mit Sicherheit schon damals die Dampfmaschine erfunden. Aber es gab ja noch nicht einmal die wichtigen Metalle, mit denen man etwas bauen konnte.
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Notes
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Die letzten beiden Absätze frei nach Quarks & Co 09.12.2003: „Warum fliegt ein Flugzeug? Alles eine Sache des Auftriebs“ (http://www.wdr.de/tv/quarks/sendungsbeitraege/2003/1209/002_fliegen.jsp) und Gert Steidles Luftfahrtarchiv „Wie fliegt ein Flugzeug?“. (http://www.luftfahrtarchiv.eu/index.php?option=com_content&view=article&id= 186:wiefliegt-ein-flugzeug&catid=39:grundkenntnisse&Itemid=59).
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Anders Celsius (1701–1744) war ein schwedischer Astronom und Physiker, Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) war ein deutscher Physiker und Erfinder.
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Lassen Sie sich durch die typografische ähnlichkeit von „eins“ und „ell“ nicht verwirren!
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Der strenge Physiker rechnet hier nicht in „Grad“ [°C], denn das ist keine SI-Einheit, sondern in „Kelvin“ [K]. Das ist die Celsius-Einteilung relativ zum absoluten Nullpunkt von ca. −273 Grad. Sommerliche 27 °C sind etwa 300 K.
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Fall 1 ist das „Boyle-Mariotte’sche Gesetz“ p · V = const., Fall 2 ist das „Gay-Lussac’sche Gesetz“ V/ T = const., Fall 3 ist das „Gesetz von Amontons“, oft auch „2. Gesetz von Gay-Lussac“ p/T = const.; zusammen die „thermische Zustandsgleichung idealer Gase“.
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Nä;heres ist im Internet unter „Kalorie“ und „Kalorimeter“ zu finden.
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Mephistopheles: „Blut ist ein ganz besondrer Saft.“ in „Faust. Eine Tragödie“ von Johann Wolfgang von Goethe, 1. Aufzug, Szene „Studierzimmer“, Zeile 1740.
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Quelle der Zahlenwerte: Bundesgymnasium Ried, Ried im Innkreis (österreich) in http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/10/waerme/kapazitaet/ start_kapazitaet.htm.
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Benannt nach dem Schweizer Mathematiker Leonhard Euler (1707–1783), die Basis des „natürlichen Logarithmus“, eine irrationale transzendente reelle Zahl mit dem Wert e = 2,71828.
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„Lebenskraft“ (lat. vis vitalis, franz. élan vital) war ein Begriff für unverstandene biologische Vorgänge und führte im 19. Jh. zur philosophischen Richtung des „Vitalismus“, der eine wesensmäßige Besonderheit des Organischen gegenüber dem Anorganischen unterstellt.
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Quelle: © Spektrum Akademischer Verlag (http://www.wissenschaftonline. de/artikel/1002879).
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Sehr gut und umfangreich beschrieben in https://en.wikipedia.org/ wiki/Brownian_motion (mit Simulation), zum Holländischen siehe https://nl.wikipedia.org/wiki/Brownse_beweging.
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Siehe Einleitung zu Einsteins Arbeit in http://onlinelibrary.wiley.com/ doi/10.1002/andp.200590005/abstract.
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In Wikipedia zu finden (https://de.wikipedia.org/wiki/Aeolipile), unter dem Stichwort „Heronsball“ oder „Aeolipile“ bei Google und in action auf http://www.youtube.com/watch?v=Y8eb3ak1f9g.
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Text mit freundlicher Genehmigung von Ilka Rhode, AstroMedia Versand, Neustadt in Holstein. Dort auch Selbstbausätze auf http://astromedia. eu/Bastelspass-der-Wissen-schafft/Der-Stirling-Motor::52.html und (ein Heronsball) http://astromedia.eu/Bastelspass-der-Wissenschafft/ Der-Dampfkreisel::71.html.
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An vielen Stellen im Internet zu besichtigen, z. B. Werner Berthold: „Der Stirlingmotor“ in http://www.youtube.com/watch?v=zHO2lnwB9gY.
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Teile des Textes und die Abb. 4.4 mit freundlicher Erlaubnis von Bruno Lämmli (http://www.lokifahrer.ch/Lukmanier/Dampfmaschine. htm#6). Schöne Animation einer kompletten Maschine (mit Regler und Steuerung des Schiebers) in http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Steam_engine_in_action.gif.
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Jürgen Beetz: 1 + 1 = 10 – Mathematik für Höhlenmenschen. Springer, Heidelberg 2012, S. 96, 254 f. Einige Textteile wörtlich von dort.
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Ein Begriff aus der Mathematik: eine Gleichung mit „Differenzialen“, d. h. kleinen Differenzgrößen. Z. B. ist „dT“ eine kleine Temperaturveränderung und „dt“ eine kleine Zeitspanne.
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Siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Eigenschaften_des_Wassers. Verblüffen Sie Ihre Bekannten mit der „Dichteanomalie“, der „Dipoleigenschaft“ oder einem neuen Namen für H2O: „Dihydrogenmonoxid“.
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Zusätzlich zu den drei „klassischen“ Aggregatzuständen gibt es noch andere, die zum Teil nur unter extremen Bedingungen auftreten. Ein Beispiel ist ein sog. „Plasma“, wie es bei sehr hohen Temperaturen beim Lichtbogen-Schweißen, in Blitzen oder im Inneren von Sternen auftritt. Dabei werden Atome in ihre Bestandteile zerlegt (mehr dazu in Kap. 9).
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Die Bezeichnung „Grad Celsius“ ist ja etwas eigenartig. Ein korrekter Physiker misst die Temperatur in „Kelvin“ und nicht „Grad Kelvin“.
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Quelle: Wiedamann Media, Erkrath in Teichbau-Profi.de (http://www. teichbau-profi.de/113/wie-viel-wasser-verdunstet-im-teich.html).
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Die animierte gif-Datei von Dieter Ortner zeigt die Wirkungsweise eines Kühlschrankes: Wärme wird aus dem Inneren des Kühlschrankes nach außen transportiert (http://www.dieterortner.ch/physik/mechanik_ waerme/kuehlschrank.gif ).
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Text frei nach http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/innere-energie- waermekapazitaet/ausblick#Kühlschrank.
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Abbildung 5.7 links frei nach Universität zu Köln, Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät, Physikalische Chemie (http://www. polymere.uni-koeln.de/11590.html). Abbildung 5.7 rechts frei nach LEIFIphysik (http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/innere-energie- waermekapazitaet/ausblick#Kühlschrank).
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Der nullte Hauptsatz wurde erst nach den drei anderen im 20. Jh. formuliert – da er erst die Existenz der Temperatur als Beschreibungsgröße von thermodynamischen Gleichgewichtszuständen garantiert und damit fundamentaler ist als die anderen drei (und deswegen auch nicht verunglimpft werden sollte), wurde er den anderen dreien vorangestellt.
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Der zweite Hauptsatz ist sehr kurios. Er ist einer der wenigen Gesetze in der Physik, die als Ungleichung (Entropie wächst: dS > 0) formuliert wird. Sonst werden Gesetze fast immer als Gleichungen formuliert (F = m · a etc.). Seine Herleitung aus fundamentaleren Gesetzen ist immer noch kontrovers.
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Für Mathematiker: Es ist der „Binomialkoeffizient „n über k“ = 100 über 36 = 1.977 · 1027 (http://www.jetzt-rechnen.de/Mathematik/Binomialkoeffizient. html). Sie wissen: 1 Milliarde (mit der wir im Finanzsektor so verschwenderisch umgehen) sind „nur“ 109.
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Die Anzahl der Moleküle in einem „Mol“ ist die „Avogadro-Zahl“ (wie Sie in Kap. 9.1 sehen werden). In einem Gasvolumen von einem Kubikmeter bei normalem Druck liegt die Zahl der Teilchen in der Größenordnung von rund 3 · 1025 Molekülen.
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Das „d“ vor einer Größe kennzeichnet eine kleine (infinitesimale, gegen 0 gehende) Zunahme dieser Größe, z. B. ist „dv“ eine kleine Zunahme der Geschwindigkeit v oder „dt“ eine winzige Zeitdifferenz. Bei endlichen Differenzen ist ein großes Delta üblicher: ΔS statt dS. Der übergang zwischen den beiden ist natürlich fließend. Bei der Verwendung von „d“ wird oft ein darauf folgender Integrationsvorgang angedeutet: Z. B. führt dv/ dt = k (Konstante) durch Integrieren zu v = k · t.
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Z. B. führt dv/ dt = k (Konstante) durch Integrieren zu v = k · t. Einige Sätze und das Rechenbeispiel mit freundlicher Erlaubnis von Helmut Föll, Christian-Albrechts-Universität Kiel (MaWi 1 Skript): Einführung in die Materialwissenschaft, dort 5.3.2 Definition der Entropie und erste Anwendung (http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/ mw1_ge/kap_5/backbone/r5_3_2.html). Dort auch ein sehr anschauliches Beispiel analog zu Abb. 5.8: Zwei Szenarien zum Begriff der „Entropie“.
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Quelle: H. Herwig: Was ist Entropie? Eine Frage – Zehn Antworten. Forschung im Ingenieurwesen 66, S. 74–78 (http://link.springer.com/ article/10.1007 %2Fs100100000038#page-1)
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Nachlesbar in http://de.wikipedia.org/wiki/Entropie_(Thermodynamik)# Problematik.
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Das ist die sog. „Sorites-Paradoxie“ (auch „Paradoxie des Haufens“), die schon von den „alten Griechen“ formuliert wurde.
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Beetz, J. (2015). Rudi R. schwitzt und friert. In: E=mc^2: Physik für Höhlenmenschen. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-54409-5_5
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Publisher Name: Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg
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