Gleicht sich Wärme oder Temperatur aus?

Sagen wir, wir haben 2 Elemente

Zinn: Wärmekapazität 226   J/kg°C

Magnesium: Wärmekapazität 1024   J/kg°C

Nehmen wir an, ich habe eine 1   kg Block jedes Elements bei 40 ° C , und ich brachte sie dazu, sich zu berühren.

In diesem Szenario enthält der Magnesiumblock mehr Wärmeenergie, da mehr Wärme benötigt wurde, um seine Temperatur zu erhöhen 40   °C . Nun stellt sich die Frage, ob Wärme auf den Zinnblock übertragen wird? Weil auf diesem Block weniger Wärmeenergie vorhanden ist? Oder bleiben beide gleich, weil beide die gleiche Temperatur haben?

Du lebst seit vielen Jahren auf diesem Planeten. Was sagt Ihnen Ihre Intuition zur Antwort auf diese Frage?
@ChetMiller Du arbeitest seit vielen Jahren mit der Wissenschaft. Was sagt Ihnen Ihre Erfahrung darüber, wie sehr sich die Wissenschaft um unsere Intuition kümmert?
@candied_orange Wenn Intuition als reale Lebenserfahrung umformuliert wird, kümmert sich die Wissenschaft sehr um experimentelle Beweise.
@Poutnik Es ist schwierig, ein Argument zu konstruieren, das nicht ungültig gemacht werden kann, wenn andere es umformulieren. Mein Punkt war, dass die Gesetze der Physik keine Bedenken haben, unsere Intuition zu verletzen. Daher ist es durchaus berechtigt, der eigenen Intuition gegenüber misstrauisch zu sein, wenn man sie untersucht.

Antworten (5)

Thermisches Gleichgewicht tritt ein, wenn die Körper die gleiche Temperatur haben.

Im Grunde fließen Wärmeströme, um die Entropie (ein Maß für die Unordnung) des kombinierten Systems zu erhöhen. Die Temperatur kann als die Rate definiert werden, mit der die innere Energie mit zunehmender Entropie zunimmt (mathematisch T = ∂ U ∂ S ). Wenn sich also die Temperatur der Körper unterscheidet, kann die Entropie durch Wärmeübertragung von dem Körper mit höherer Temperatur auf den Körper mit niedrigerer Temperatur erhöht werden.

Ich mag diese Antwort, aber „Unordnung“ ist zu zweideutig und kann leicht zu schwerwiegenden Missverständnissen über Entropie führen.

Thermisches Gleichgewicht impliziert gleiche Temperaturen: Temperatur kann als Kehrwert einer Ableitung der Entropie in Bezug auf die innere Energie definiert werden:

1 T = ( ∂ S ∂ E ) v , N ,
Wo S Und E sind beides Funktionen des Staates . Es kann dann für zwei Körper gezeigt werden, die anfänglich Temperaturen haben T 1 , T 2 und Wärme austauschen können , dass die Gesamtentropiezunahme sein wird:
Δ S = − ( D S D E ) 1 Δ E + ( D S D E ) 2 Δ E = ( 1 T 2 − 1 T 1 ) Δ E .
Das heißt, wenn T 1 > T 2 , fließt die Wärme vom ersten Körper zum zweiten, sodass die Gesamtentropie zunimmt (hier Δ E = Δ E 2 = − Δ E 1 = 0 ).

Somit ist im tehrmodynamischen Gleichgewicht der Nettowärmestrom Null und die Temperaturen sind gleich.

Wärmeaustausch ist jedoch nicht das einzige Mittel, durch das zwei Systeme in ein thermisches Gleichgewicht kommen können – die innere Energie kann sowohl durch Verrichten von Arbeit (dh durch makroskopische Energieübertragung, während Wärme eine mikroskopische Energieübertragung ist) als auch durch Teilchenaustausch geändert werden . Das vollständige thermodynamische Gleichgewicht erfordert also auch zusätzliche Bedingungen an Drücke, chemische Potentiale usw.

Beide bleiben auf der gleichen Temperatur und die Wärme fließt nicht. Wärme fließt immer von höherer zu niedrigerer Temperatur, und wenn die Temperaturen gleich sind, fließt die Wärme nicht.

Diese Tatsache macht man sich in modernen Klimaanlagen zu Nutze. Sie verbrauchen nur 1 kW elektrische Leistung, um 3-4 kW thermische Leistung zu erzeugen . Dies verstößt scheinbar gegen Gesetze der Physik! Der Trick besteht darin, dass Außenluft, egal wie kalt, etwas Wärmeenergie enthält. Wenn Sie den Luftdruck um einen Faktor erhöhen, erhöht sich auch die thermodynamische Temperatur (Kelvin) um den gleichen Faktor. Die Wärme aus der Druckluft wird nun mit niedrigerer Temperatur an die Umgebung abgegeben. Bitte beachten Sie, dass dies eine vereinfachte Beschreibung der tatsächlichen Funktionsweise solcher Systeme ist.

Ähnlich verhält es sich mit elektrischen Schaltungen. Stellen Sie sich einen Kondensator vor, bei dem die Kapazität gleich der Wärmekapazität und die Spannung gleich der Temperatur ist. Strom fließt von höherem Potential zu niedrigerem Potential. Wenn Sie zwei Kondensatoren zusammenschalten und diese anfänglich die gleiche Spannung hatten, fließt kein Strom, obwohl ein Kondensator möglicherweise mehr Energie gespeichert hat.

Nun stellt sich die Frage, ob Wärme auf den Zinnblock übertragen wird? Weil auf diesem Block weniger Wärmeenergie vorhanden ist? Oder bleiben beide gleich, weil beide die gleiche Temperatur haben?

Es findet keine Wärmeübertragung statt und die Temperatur beider Blöcke bleibt gleich. Der Grund dafür, dass es keine Wärmeübertragung gibt, liegt darin, dass Wärme eine Energieübertragung ist, die ausschließlich auf Temperaturunterschiede zurückzuführen ist. Ohne Temperaturunterschied kann keine Energie in Form von Wärme übertragen werden.

Es ist wichtig, die in Blöcken enthaltene thermische Energie nicht als Wärme zu betrachten, auch wenn der Begriff Wärmekapazität verwendet wird. Die in beiden Blöcken enthaltene Wärmeenergie wird eigentlich als innere Energie bezeichnet und ist im Allgemeinen eine Kombination aus kinetischer Energie (aufgrund der molekularen Bewegung) und potentieller Energie (aufgrund intermolekularer Kräfte).

Die Tatsache, dass die innere Energie des Magnesiumblocks größer ist als die innere Energie des Zinnblocks, hat nichts mit dem Potenzial zur Wärmeübertragung zu tun, was eine Temperaturdifferenz erfordert. Es sagt uns , wie viel Wärme bei einer bestimmten Temperaturdifferenz übertragen werden kann.

Hoffe das hilft.

Das thermische Gleichgewicht basiert auf der Temperatur, nicht auf der gesamten gespeicherten Energie (ob thermisch oder anderweitig).

Gleicht sich Wärme oder Temperatur aus?
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