Die Hauptsätze der Wärmelehre beschäftigen sich einerseits mit einem Temperaturphänomen: der absolute Nullpunkt kann nicht erreicht werden. Andererseits beschäftigen sie sich mit einem bekannten Übertragungsphänomen: Wärme fließt von selbst nur von einem heißen zu einem kalten Körper. 

Und sie beschäftigen sich unter anderem mit dem was der Schmid tut: er kann das Eisen durch Einheizen (Wärme) oder mit dem Hammer (Arbeit) heiß machen. Es gibt unterschiedliche Formulierungen der Hauptsätze. Nach 3 Hauptsätzen wurde später noch ein vierter eingeführt – in der Nummerierung als 0-ter. Er stellt unter anderem die Verwendung von Thermometern auf eine wissenschaftliche Basis.

Wikipedia Stichworte: Hauptsätze der Wärmelehre, thermisches Gleichgewicht

 

NULLTER HAUPTSATZ

Wenn zwei Körper die gleiche Temperatur haben, befinden sie sich in einem thermischen Gleichgewicht. Wenn A und B die selbe Temperatur haben, sowie B und C die selbe Temperatur, dann weiß man, dass auch A und C die selbe Temperatur haben”.

Erläuterung: Dieses Gesetz wurde erst nach den drei anderen Hauptsätzen formuliert. Da es eine wichtige Basis bildet, wurde es später als 0. Hauptsatz bezeichnet. Es erlaubt wissenschaftlich die Anwendung von Thermometern. Wir verwenden Thermometer, um zu etwa zu zeigen, dass zwei Flüssigkeiten A und C dieselbe Temperatur haben, die das Thermometer B in jeweils A und in C zeigt.

ERSTER HAUPTSATZ

Die Innere Energie eines Systems kann durch Zufuhr von Arbeit oder durch Zufuhr von Wärme erhöht werden.

Beispiel: Der Schmied kann das Eisen rotglühend machen, in dem er mit dem Hammer daraufschlägt (Zufuhr von Arbeit) oder es in das Feuer legt (Zufuhr von Wärme).

ZWEITER HAUPTSATZ

Wärme fließt von selbst nur von einem heißen System zu einem kalten System.

Beispiel: Beim Kontakt von kaltem Eisen und warmer Hand wird die Hand kälter und das Eisen wärmer. Es wäre auch schwer vorstellbar, dass es anders wäre, das Eisen noch kälter und die Hand noch wärmer.

DRITTER HAUPTSATZ

Der absolute Nullpunkt der Temperatur -273, 16 °C (das sind 0 Kelvin) ist unerreichbar.

Erläuterung: Da Temperatur ein Maß für die Bewegungsenergie der Atome ist, wird die Temperatur nie 0, da die Bewegung eines Atoms nicht exakt zum Stillstand kommen kann, etwas bewegt sich immer noch, und sei es in immer weiter entfernten Kommastellen.

WEITERE DEFINITIONEN

Bei der Wärmelehre ist es wichtig, die Begriffe genau auseinanderzuhalten. Im folgenden die wichtigsten Begriffe:

Jeder Körper (jedes “System”) hat eine bestimmte Innere Energie U. Sie ist zusammengesetzt aus Bewegungsenergie der sich ungeordnet bewegenden Atome, und aus Bindungsenergie.

Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt an, wieviel Energie zugeführt werden muss, um die Temperatur von 1 kg des Stoffes um 1°C zu erhöhen.

Die Temperatur ist ein Maß für die Bewegungsenergie der sich ungeordnet bewegenden Atome eines Systems.

Wärme ist die Energie, die zwischen einem System und seiner Umgebung aufgrund eines Temperaturunterschieds ausgetauscht wird.

WÄRMEÜBERTRAGUNG

Durch direkten Kontakt: Wärmeleitung (Beispiel: Hand – kaltes Metall)
Durch Strahlung: Wärmestrahlung (Beispiel: Sonne, Lebewesen)
Durch Transport von Materie: Konvektion (Beispiel: Thermik)