Thermische Energie

Thermische Energie (auch Wärmeenergie, jedoch nicht zu verwechseln mit Wärme) ist ein Sammelname für makroskopische und mikroskopische Energieformen, die in engem Zusammenhang mit thermischen Vorgängen stehen. Zu den makroskopische Energieformen gehören innere Energie, Wärme, Enthalpie. Zu den mikroskopischen Energieformen gehört die mittlere Energie eines Teilchens pro Freiheitsgrad (also ${\tfrac {1}{2}}k_{\mathrm {B} }T$ für Translation in eine Richtung, etc., wobei $T$ die absolute Temperatur und $k_{\mathrm {B} }$ die Boltzmann-Konstante ist), oder die Größe des typischen zufälligen Energieaustauschs zwischen den Teilchen, $k_{\mathrm {B} }T$, die auch in der Boltzmann-Verteilung den Energiemaßstab vorgibt.

Zusammenhang mit der Temperatur

Umgangssprachlich wird die thermische Energie etwas ungenau als „Wärme“ oder „Wärmeenergie“ bezeichnet oder auch mit der Temperatur verwechselt.

Tatsächlich ist die thermische Energie oft näherungsweise proportional zur Temperatur. Insbesondere ist die thermische Energie des idealen Gases

$E_{\mathrm {th} }={\frac {f}{2}}\,N\,k_{\mathrm {B} }\,T={\frac {f}{2}}\,n\,R\,T$

mit der Anzahl der Freiheitsgrade $f$, der Teilchenzahl $N$ und der Boltzmann-Konstante $k_{\mathrm {B} }$ bzw. alternativ mit der Stoffmenge $n$ und der Gaskonstante $R$. Die spezifische Wärmekapazität $c={\frac {f}{2}}R$ ist für ideale Gase konstant.

Im allgemeinen Fall ist sie jedoch eine Funktion der Temperatur $c=c(T)$, sodass die thermische Energie nicht in einfacher proportionaler Weise von der Temperatur abhängt $\Rightarrow E_{\mathrm {th} }\propto \!\!\!\!\!\!/\;\;T$.

Bei einem Phasenübergang kann sich sogar die thermische Energie eines Körpers ändern, ohne dass es zu einer Temperaturänderung kommt. Ein Beispiel, das die Zusammenhänge zwischen Wärme und Temperatur verdeutlicht, ist ein Schmelzvorgang. Hat Eis eine Temperatur von 0 °C, muss, um es zu schmelzen, seine thermische Energie erhöht werden. Dazu muss Wärme zugeführt werden. Die Temperatur steigt während des Schmelzvorganges jedoch nicht an, da die gesamte zugeführte Wärme für den Phasenübergang vom Feststoff zur Flüssigkeit benötigt wird (Schmelzwärme).

Die manchmal so bezeichnete „Druckenergie“ ist nichts anderes als thermische Energie. Gasmoleküle, die in einem Gefäß eingeschlossen sind, stoßen wegen ihrer thermischen Bewegung gegen die Wände. Dadurch wird bei jedem Stoß Impuls übertragen, der als Druck gemessen werden kann.

Weblinks

Wiktionary: Wärmeenergie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen