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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Wärmeenergie

Wärmeenergie

Wärmeenergie ist die Manifestation von Energie in Form von Wärme. In allen Materialien sind die Atome, aus denen ihre Moleküle bestehen, in ständiger Bewegung, entweder in Bewegung oder in Schwingung. Diese Bewegung impliziert, dass die Atome eine bestimmte kinetische Energie haben, die wir Wärme, Wärmeenergie oder Wärmeenergie nennen. In gewisser Weise ist kalorische Energie die innere Energie eines Körpers.

Die innere Energie eines thermodynamischen Systems kann auf zwei Arten verändert werden: durch Arbeiten am System und durch Wärmeaustausch mit der Umgebung. Die Energie, die der Körper beim Wärmeaustausch mit der Umwelt aufnimmt oder verliert, nennt man Wärmemenge oder einfach Wärme.

Übertragung von Wärmeenergie

Die Wärmeenergie kann nach den Gesetzen der Thermodynamik auf drei verschiedene Arten von einem Körper auf einen anderen übertragen werden:

  • Strahlungswärmeübertragung.
  • Wärmeenergieübertragung durch Wärmeleitung.
  • Übertragung von Wärmeenergie durch Konvektion.

Wärmestrahlungsenergie wird durch elektromagnetische Wellen übertragen. Dies ist die Art und Weise, wie Wärmeenergie von der Sonne kommt. Das Hauptbeispiel hierfür sind Solarthermieanlagen, die die Sonnenstrahlung nutzen, um Wasser zu erwärmen. Das aus diesen Solaranlagen gewonnene Warmwasser wird üblicherweise zum Heizen und als Brauchwarmwasser verwendet.

Die Übertragung von Wärmeenergie durch Wärmeleitung wird erfahren, wenn ein heißer Körper in physischem Kontakt mit einem anderen kälteren Körper steht. Energie wird immer vom heißen zum kalten Körper übertragen. Wenn beide Körper die gleiche Temperatur haben, findet keine Energieübertragung statt. Wenn wir mit der Hand ein Stück Eis berühren, wird ein Teil der Wärmeenergie unserer Hand auf das Eis übertragen, sodass wir uns kalt fühlen.

Wärmeenergie

Die Übertragung von Wärmeenergie durch Konvektion erfolgt, wenn heiße Moleküle von einer Seite zur anderen bewegt werden. Es wäre der Fall von Wind, der Moleküle mit bestimmter Wärmeenergie von einer Seite zur anderen bewegen kann.

Maßeinheit für thermische Energie

Die Einheiten zur Messung von Wärmeenergie sind die gleichen Einheiten, die zur Messung von Energie verwendet werden, da es sich immer noch um eine Energieform handelt.

Die Energie wird nach dem internationalen System in Joule (J) gemessen. Wenn es um Wärmeenergie geht, werden häufig auch Kalorien (Kalk) verwendet. Eine Kalorie ist die Energiemenge, die benötigt wird, um ein Gramm Wasser zu erzeugen. Eine Kalorie entspricht 4,18 Joule.

Die Wärme in der Phase ändert sich

Wenn ein Körper mit Wärmeenergie versorgt wird, erhöhen Sie seine Temperatur. Wenn es andererseits Wärmeenergie nach außen abgibt, kühlt es ab. Dies geschieht, solange dieser Körper die Phase nicht ändert. Das heißt, während der Umwandlung von fest zu flüssig, von flüssig zu gasförmig und umgekehrt, impliziert die Veränderung der Wärme keine Änderung der Temperatur, bis die Umwandlung abgeschlossen ist.

Ein Beispiel für dieses Phänomen kann mit Wasser beobachtet werden. Wenn flüssiges Wasser mit Wärme versorgt wird, erhöht sich die Temperatur auf 100 Grad Celsius, was zum Sieden führt. Ab dieser Temperatur wird die gesamte zugeführte Wärme genutzt, um den flüssigen Zustand in Gas (Wasserdampf) umzuwandeln. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Temperatur konstant, bis das gesamte Wasser Dampf ist. Wenn alles Wasser Dampf ist, kann die Temperatur weiter ansteigen.

Die Energie, die für den Phasenübergang einer Masseneinheit eines Stoffes benötigt wird, nennt man die spezifische Wärme der Phasenumwandlung. Je nach dem physikalischen Prozess, der während der Phasenumwandlung abläuft, können sie die Schmelzwärme, Verdampfungswärme, Sublimationswärme (Sublimation), Rekristallisationswärme usw. abgeben. Phasenumwandlungen treten trotz Temperaturkonstanz mit einer abrupten Änderung der Entropie auf, die mit der Freisetzung oder Absorption von Wärme einhergeht.

Bedeutung der Wärmeenergie in der Kernenergie

Im Bereich der Kernenergie sind die Eigenschaften der Wärmeenergie von entscheidender Bedeutung. Vor allem in Kernkraftwerken und speziell in Kernreaktoren.

Bei der Kernspaltung von Uranatomen wird eine große Menge Energie in Form von Wärme freigesetzt. Dank der oben diskutierten Eigenschaften kann diese Energie genutzt werden, indem verschiedene Energieumwandlungen durchgeführt werden. Es gibt Reaktortypen, zum Beispiel Siedewasserreaktoren, die Wärme nutzen, um eine Phasenumwandlung durchzuführen und Dampf aus einem Sekundärwasserkreislauf zu erhalten. Mit dem Dampf wird dann eine Dampfturbine aktiviert, um Strom zu gewinnen.

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Referenzen

Geändert am: 3. Februar 2020