Innere Energie einfach erklärtim Videozur Stelle im Video springen Show
(00:12) Die innere Energie bezeichnet die Gesamtheit an kinetischer und potentieller Energie der Bestandteile (Atome, Moleküle) eines Systems. Dabei wird nicht die kinetische Energie berücksichtigt, die das System aufgrund einer Bewegung als Ganzes besitzt und auch nicht die potentielle Energie, die sich durch eine Wechselwirkung des Systems mit der Umgebung ergibt. Zum Beispiel hat ein Behälter von Gas in einem sich bewegenden Zug eine kinetische Energie relativ zu dir, wenn du fest am Boden stehst. Die innere Energie des Gases interessiert sich aber für diese kinetische Energie nicht. Wenn du diesen Behälter auf einen Regal stellst, erhöht sich seine potentielle Energie aufgrund der Wechselwirkung des Behälters mit der Erde. Seine innere Energie jedoch nicht.  direkt ins Video springen Beispiel – Gas im BehälterDie innere Energie besitzt das Formelzeichen U und hat die Einheit Joule (J). Sie ist eine extensive Zustandsgröße und ein thermodynamisches Potential des Systems. Die Änderung der inneren Energie ΔU = Q + W oder in Worten Die Änderung der inneren Energie eines Systems ist gleich der Summe aus der dem System zugeführten Wärmemenge Q und an dem System verrichteten Arbeit W. Änderung der inneren EnergieJames Prescott Joule hat durch Experimente feststellen können, dass sich durch Arbeit, die am System verrichtet wird, die innere Energie eines Systems ändert. Die Art und Weise wie die Arbeit verrichtet wird, spielt dabei keine Rolle. Du kannst zum Beispiel einen Behälter mit Gas komprimieren oder ein Glas Wasser mit einem Löffel umrühren. In beiden Fällen erhöhst du dadurch die innere Energie des Systems, an dem du die Arbeit verrichtest. Lassen wir nun auch zu, dass das System mit der Umgebung thermisch wechselwirken kann, das heißt wir können dem System Wärme zuführen oder das System kann an die Umgebung Wärme abführen, dann stellen wir fest, dass sich auch bei Wärmezufuhr die innere Energie des Systems erhöht. Diese Beobachtungen können wir durch folgende Formel festhalten 1. Hauptsatz der ThermodynamikDu weißt vielleicht wie die innere Energie des Systems geändert wird. Das System selber interessiert sich aber nicht, ob das in Form von Wärme oder Arbeit geschieht. In diesem Sinne sind Wärme und Arbeit äquivalente Formen, um die innere Energie zu ändern. Wenn du jetzt das System von seiner Umgebung isolierst, wirst du feststellen, dass sich seine innere Energie nicht ändert. Diese Beobachtung nennt man den 1. Hauptsatz der Thermodynamik und lässt sich in Worte fassen als Die innere Energie eines abgeschlossenen Systems ist konstant. Genauso erstaunlich wie der 1. Hauptsatz der Thermodynamik, ist folgende experimentelle Beobachtung Die Änderung der inneren Energie hängt nicht davon ab, wie man vom Zustand 1 zum Zustand 2 kommt. Die innere Energie hat also Ähnlichkeiten zur potentiellen Energie im Gravitationsfeld . Innere Energie ideales GasDie Definition der inneren Energie im ersten Absatz als die Gesamtheit an kinetischer und potentieller Energie aller Moleküle des Systems ermöglicht es in der Regel nicht, eine explizite Formel für die innere Energie schreiben zu können. Das liegt daran, dass verschiedene Energien zur inneren Energie beitragen können. Zu diesen Energieformen zählen unter anderem die Translations-, Vibrations- und Rotationsenergie der Moleküle, die in den chemischen Bindungen gespeicherte Energie oder die potentielle Energie der Wechselwirkung der Moleküle untereinander (z.B. die Van-der-Waals-Kräfte ). Wenn du also die innere Energie eines Systems exakt berechnen möchtest, dann brauchst du die Kenntnis über all diese Energieformen. Ein Beispiel, bei welchen man die innere Energie explizit ausrechnen kann, ist das ideale Gas. Hierzu macht man Gebrauch vom Gleichverteilungssatz, der einfach ausgedrückt Folgendes aussagt Ein Teilchen in einem System, das sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, besitzt für
jeden Freiheitsgrad eine Energie von Hier steht Hier haben wir die Beziehung zwischen der Gaskontante zwischen der Anzahl Innere Energie berechnenim Videozur Stelle im Video springen (01:47) Wir wollen uns im Folgenden zwei Beispiele anschauen, um den vorherigen Formeln ein paar konkrete Zahlen zuordnen zu können. Die Beispiele sollten dir einen guten Einblick in den Umgang mit Einheiten und Vorzeichen geben können. Innere Energie eines idealen GasesLass uns ein Molekül bei einer Temperatur von Wir haben hier In welchem Zusammenhang stehen Temperatur und Energie?Temperatur und Wärme Zusammenhang mit Energie. Teilchen bewegen sich schneller, je höher die Temperatur eines Systems ist. Bei niedrigen Temperaturen hingegen ist die Teilchenbewegung allgemein langsamer. Somit ist also die Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen.
Was ist der Unterschied zwischen innerer Energie und Temperatur?Die Wärme ist also keine Zustandsgröße . Im Gegensatz dazu sind die Temperatur und die innere Energie Zustandsgrößen. Die Temperatur beschreibt die mittlere kinetische Energie der Atome oder Moleküle eines Systems. Die innere Energie gibt hingegen Auskunft über die Gesamtenergie eines Systems.
Was hat Wärme mit Energie zu tun?Die Temperatur ist ein makroskopisches Maß für die Intensität der Teilchenbewegung: Sie ist umso größer, je heftiger sich die Teilchen bewegen, das heißt je größer deren (mittlere) Bewegungs- oder kinetische Energie ist.
Ist innere Energie gleich Wärme?In der Thermodynamik wird innere Energie (auch als Wärmeenergie bezeichnet ) als die Energie definiert, die mit mikroskopischen Energieformen verbunden ist . Es handelt sich um eine umfangreiche Menge , die von der Größe des Systems oder der Menge der darin enthaltenen Substanz abhängt.
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Welcher Zusammenhang besteht zwischen innerer Energie und Temperatur?
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