Wärme

Wärme Definition

Für Wärme wird das Formelzeichen "Q" verwendet. Wie warm etwas ist, ist abhängig von der Masse, der Temperatur und der Wärmekapazität des jeweiligen Körpers. Dementsprechend muss der Aggregatzustand entweder flüssig, fest oder gasförmig sein.

Körper können Wärme aufnehmen oder auch abgeben. Die unmittelbare Reaktion ist, dass sich die Temperatur des Körpers verringern oder erhöhen kann und dass sich der Aggregatzustand oder das Volumen verändert. Außerdem kann sich, vor allem bei Flüssigkeiten und Gasen in einer geschlossenen Umgebung, der Druck im Körper verändern.

Spezifische Wärme

Die spezifische Wärme, oder auch spezifische Wärmekapazität, ist eine physikalische Einheit aus der Thermodynamik.

Anders formuliert: Die spezifische Wärme beschreibt die Fähigkeit eines Körpers, Wärme zu speichern. Wie gut das funktioniert hängt hauptsächlich vom Körper, bzw. dem Stoff selbst ab.

Wie entsteht Wärme?

Wärme kann durch verschiedene Vorgänge, wie z. B. durch elektrischen Strom, durch Reibung, aber auch durch Verbrennung entstehen. Ebenfalls möglich ist die Entstehung von Wärme durch Kernspaltung oder Kernfusion.

Wärme Formel

Formel zur Berechnung der Wärmeenergie:

Wärme und Temperatur Unterschied

Wärme und Temperatur wird oftmals für das Gleiche gehalten – ist es aber nicht. Beides sind physikalische Größen, allerdings ist die Temperatur eine Zustandsgröße und Wärme eine Prozessgröße. Anders formuliert: Wärme ist eine Energie und die Temperatur sagt aus, wie warm oder kalt etwas ist.

Wärme als abiotischer Faktor

Wärme, bzw. Temperatur als abiotischer Faktor ist wichtig, weil viele Lebensprozesse von Pflanzen davon abhängig sind, z. B. die Photosynthese, Keimung, Transpiration oder die Atmung. Aber auch für die Entwicklung von Tieren, z. B. Aktivität, Verhalten, Wachstum usw. ist Wärme ein wichtiger Faktor.

Außerdem passen sich einige Tierarten an die Jahreszeiten an, z. B. durch Winterruhe oder auch Winterschlaf etc. Abhängigkeiten von der Temperatur gibt es auch in stehenden Gewässern zwischen der Temperatur und dem Sauerstoffgehalt. Dabei gilt: Je wärmer das Wasser ist, desto geringer ist der Sauerstoffgehalt und umgekehrt. Das ist vor allem für Fische ein wichtiger Aspekt.

Wärmetransport

Wie bereits erwähnt wird Wärme immer dann übertragen, wenn zwischen zwei Körpern oder einem Körper und seiner Umgebung ein Temperaturunterschied besteht. Für den Wärmetransport gibt es drei Mechanismen:

• Wärmeleitung

• Wärmeströmung

• Wärmestrahlung

Wärmeleitung

Die Wärmeleitung oder auch Konduktion beschreibt die Tatsache, dass Wärme durch einen Körper hindurch immer von der höheren zur niedrigeren Temperatur übertragen wird. Wie gut das Ganze funktioniert, hängt von der Wärmeleitfähigkeit λ ab. Diese variiert je nach Stoff, manche können Wärme besser weiterleiten als andere.

Wärmeleitung kann in einem Stoff selbst erfolgen oder von einem Stoff in einen anderen. Dann wird auch von einem Wärmeübergang gesprochen oder die Wärme geht durch einen Stoff hindurch, das wäre dann ein Wärmedurchgang.

Die Wärmeleitung ist nicht in allen Fällen erwünscht. Um das Beispiel vom Wärmedurchgang aufzugreifen: In der Regel ist es nicht erwünscht, dass Wärme vom Inneren eines Hauses nach außen gelangt. Ebenfalls unerwünscht ist die Konduktion bei den Griffen von Töpfen oder Pfannen. Das ist auch der Grund, warum diese meistens mit einem schlechten Wärmeleiter, wie z. B. Kunststoff, versehen sind.

Erwünscht ist Wärmeleitung z. B. beim Heizen oder auch beim Kühlen.

Wärmeströmung

Bei der Wärmeströmung, oder auch Konvektion, wird Wärme durch Flüssigkeiten oder Gase übertragen. Wie viel Wärme übertragen wird, ist zum einen abhängig vom Stoff, der die Wärme transportiert. Zum anderen spielt auch die durchströmte Fläche selbst eine Rolle. Außerdem ist die Wärmeleitung noch abhängig von der Temperaturdifferenz, der Strömungsgeschwindigkeit und von der Zeit.

Wärmestrahlung

Bei der Wärmestrahlung wird Wärme durch elektromagnetische Wellen (Infrarotstrahlung/infrarotes Licht) übertragen. Im Gegensatz zur Wärmeleitung und Wärmeströmung kann sich die Wärmestrahlung auch in einem Vakuum ausbreiten.

Wärmestrahlung kann von Körpern reflektiert, absorbiert (aufgenommen) und hindurchgelassen werden. In welchem Maße das passiert, ist abhängig vom Stoff, aus dem der Körper besteht, von der Dicke des Körpers und von dessen Oberflächenbeschaffenheit.

Ökologische Wärme

Ökologische Wärme oder kurz auch Ökowärme genannt, bezeichnet Wärme, die aus erneuerbaren Energien, bzw. Energiequellen gewonnen wird.

Ökowärme kann mithilfe von Solarthermie-Anlagen gesammelt werden. Dafür können ökologische Brennstoffe (z. B. Biogas, Biomethan etc.) oder auch nachwachsende Rohstoffe verwendet werden. Die Wärme kann auch mithilfe von Wärmepumpen aus der Umwelt gewonnen werden.

Grüne Wärme – Vorteile

Die Vorteile von grüner Wärme ist einerseits die Umweltfreundlichkeit. Andererseits werden mit der Verwendung endliche Ressourcen geschont und die Natur somit nicht weiter belastet. Außerdem werden die Kosten für die Gewinnung, den Transport und die Aufbereitung etc. ebenfalls eingespart.

Ökowärme wird dezentral gewonnen bzw. erzeugt. Die Gewinnung ist also nicht auf einen Ort beschränkt. Zudem ist ein Import in der Regel nicht mehr nötig, wodurch das Geld bei an vor Ort gewonnener, bzw. erzeugter ökologischer Wärme im Land bleibt. Das kurbelt wiederum die Wirtschaft vor Ort an, schafft Arbeitsplätze und sichert generell die Versorgung.

Grüne Wärme – Nachteile

Die Nachteile der grünen Wärme sind auch immer davon abhängig, um welche Art von Ökowärme es sich handelt. Mehr dazu findest Du in den nächsten Abschnitten.

Grundsätzliche Nachteile sind in der Regel die Investitionskosten, da z. B. für die Geothermie und die Solarenergie entsprechende Geräte zur Umwandlung benötigt werden. Ein weiterer Nachteil ist an der Stelle oftmals auch der Platzbedarf.

Solar- und Geothermie haben zudem beide noch den Nachteil, dass sie an ihre Grenzen stoßen, wenn hohe Temperaturen benötigt werden. Bei der Geothermie wäre die Lösung, tiefer zu bohren, was dann wieder mit einem größeren Aufwand und mehr Kosten verbunden ist.

Ökowärme ist nicht gleich Ökowärme

Ökowärme kann je nach Energiequelle unterschiedenen werden:

• Geothermie

• Biomasse

• Solarenergie

Geothermie

Bei der sogenannten Geothermie wird mithilfe von Wärmepumpen Wärme aus der Umwelt gewonnen. Dabei gilt, je tiefer in die Erde, desto wärmer wird es. Wärme kann allerdings auch schon nahe der Oberfläche gewonnen werden. Ein Nachteil ist dabei, dass die Pumpen Strom verbrauchen, was wiederum höhere Betriebskosten bedeutet.

Biomasse

Ökowärme kann durch Biomasse erzeugt werden. Dabei handelt es sich ebenfalls um einen nachwachsenden Rohstoff. Aber auch hier ist die Verwendung wieder mit diversen Vorarbeiten und Transportkosten etc. verbunden. Zudem stellt der Lieferverkehr, um z. B. Holz für Pellets zu der Verarbeitung zu transportieren, eine zusätzliche Umweltbelastung da.

Solarenergie

Die ökologischste Art von Ökowärme ist die Solarwärme. Bei der Solarenergie wird auf erneuerbare Energien, vor allem auf Wind- und Sonnenenergie, gesetzt. Unterschieden werden kann in Solarthermie (Erzeugung von Wärme) und Photovoltaik (Strom). Als Solarenergie wird die Energie der Sonne bezeichnet, die vom Menschen technisch genutzt werden kann.

Ein großer Vorteil ist dabei, dass die Sonne eine nahezu konstante Strahlungsenergie abgibt und somit eine grenzenlose Energiequelle abgibt. Solarenergie kann vielfältig verwendet werden. Beachtet werden muss, dass die solare Einstrahlung nach Tages- und Jahreszeit sowie regionalen Gegebenheiten schwanken kann.