Thermische Energie

Die thermische Energie (auch Wärmeenergie) ist nicht eindeutig definiert. Sie bezieht sich meist auf die Bewegungen von Teilchen, die für die Temperatur eines Objekts verantwortlich sind.

Teilchenbewegung

Alles im Universum besteht aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Diese können sich zu Atomen oder Molekülen anordnen und so jeden Stoff und jedes Lebewesen bilden. Dazu gehören:

• Luft und Wasser
• Stein, Metall und Plastik
• Mensch, Katze und Blume
• Sterne und Planeten

Die Moleküle, Atome und Teilchen sind aber nicht fest verankert. Sie bewegen sich, stoßen aneinander oder vibrieren.

Das passiert die ganze Zeit, auch wenn das Objekt von Außen wie ein starres Stück Holz oder ein fester Arm aussieht.

Je schneller und stärker sich die Teilchen bewegen, desto mehr reiben sie aneinander und desto höher wird die Temperatur.

Zusammenhang mit Energie

Der Zusammenhang aus Bewegung und Energie ist dank der kinetischen Energie eindeutig:

Je schneller und stärker die Bewegung, desto höher die Energie. Das gilt auch hier.

Oder am Beispiel:

• Starke Bewegung

  \rightarrow$\rightarrow$ Hohe kinetische Energie der Teilchen

  \rightarrow$\rightarrow$ Hohe thermische Energie des Stoffs

  \rightarrow$\rightarrow$ Hohe Temperatur

• Geringe Bewegung

  \rightarrow$\rightarrow$ Niedrige kinetische Energie der Teilchen

  \rightarrow$\rightarrow$ Niedrige thermische Energie des Stoffs

  \rightarrow$\rightarrow$ Niedrige Temperatur

Wärmeübertragung

Zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen, also unterschiedlich schnellen Teilchen, gleichen sich stets aus.

Das schaffen sie, indem Wärme oder Teilchen von einem Körper in den anderen fließen, bis die Teilchen gleich schnell sind.

Danach ist auch die Wärmeenergie beider Körper gleich hoch.

Wertigkeit

Andere Energien lassen sich leicht in Wärmeenergie umwandeln. Das geschieht so einfach, dass man es häufig gar nicht verhindern kann.

Umgekehrt ist es aber schwierig, die Wärmeenergie wieder in andere Energien umzuwandeln. Dazu braucht es eine sehr große Menge an thermischer Energie oder spezielle Geräte.

Die thermische Energie ist daher nur sehr wenig wert.

Eiswürfel im Glas

Wenn du einen kalten Eiswürfel in einen warmen Saft wirfst, hast du zwei sehr unterschiedliche Teilchengeschwindigkeiten.

• warmer Saft = schnelle Teilchen
• kalter Eiswürfel = langsame Teilchen

An der Kante des Eiswürfels stoßen die Teilchen aufeinander. Die schnellen Saftteilchen schubsen die langsamen Teilchen aus dem Eis an. Die langsamen Eisteilchen bremsen die Teilchen aus dem Saft aus.

• Schnellere Teilchen im Eiswürfel

  \rightarrow$\rightarrow$ Eis schmilzt am Rand und wird immer kleiner

• Langsamere Teilchen im Saft

  \rightarrow$\rightarrow$ Saft kühlt ab

Nice to know:

Dadurch, dass der Eiswürfel schmilzt, wird das Getränk noch schneller kalt:

Das Eiswasser mischt sich im ganzen Glas und bremst die Saftteilchen überall gleichzeitig aus.

Eiswürfel aus Metall oder Plastik schmelzen nicht. Sie können den Saft nur direkt an ihrer Kante kühlen. Wenn du nicht regelmäßig umrührst, dauert es sehr lange, bis das ganze Glas kalt wird. Dafür wird dein Getränk aber nicht verwässert.