Diskussion:Wärme

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Dieser Artikel wurde ab Oktober 2013 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Wärme“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

Missverständliche Formulierung

"Wärmezufuhr erhöht also (ebenso wie Arbeitsleistung) die Innere Energie". Hier müsste erklärt werden, wer hier Arbeit leistet: Leistet das System Arbeit (dehnt es z.B. einen Luftballon aus), kühlt es ab; wird auf Metall herumgehämmert, erwärmt es sich. --Dr.cueppers 15:52, 12. Sep 2006 (CEST)

Was eine Wärmezufuhr bewirkt kann man ja leider nicht pauschal sagen. Das muss im Artikel eigentlich klarer hervorgehoben werden bzw. an anderer Stelle. Wenn ich das Problem vereinfache (z.B. Vernachlässigung einiger Vorgänge, innerlich reversibel, ideales Gas usw.), dann kann man mit der Energieerhaltung gut arbeiten und einen "einfachen" Zusammenhang (also Wärmezufuhr bewirkt Ausdehnung Luftballon) finden, der dem realen Vorgang gut entspricht. Das bedeutet ja nicht, dass eine Wärmezufuhr grundsätzlich eine Temperaturänderung bewirkt oder umgekehrt, einer Temperaturänderung muss nicht eine Wärmeübertragung vorangehen. Der Vorgang muss also Modelliert werden, unabhängig von der (Definition der) Wärme.--Torben81 (Diskussion) 09:54, 17. Apr. 2013 (CEST)

Entropie

In der #Begriffsgeschichte fehlte jeglicher Hinweis auf Entropie, obwohl das ein wichtiger Aspekt der Wärme ist. Ich hab versucht, das nötige aus dem Artikel Entropie hier einzubauen.--jbn (Diskussion) 23:01, 23. Apr. 2015 (CEST)

Wieso haben wir noch nicht maximale Entropie erreicht?

Wir leben in einem Universum mit geordneten Strukturen: Galaxien, Sterne, Planeten, Menschen und Papageien! Woher kommt diese Ordnung? Rein logisch müsste das Universum mit einem Zustand niedrigster Entropie gestartet sein. War also der Urknall ein Zustand geringster Entropie???--Astra66 (Diskussion) 09:50, 17. Jun. 2020 (CEST)

Wärme aus Reaktionen?

Die ersten zwei Sätze im Artikel:

Die physikalische Größe Wärme erfasst einen Teil der Energie, die bei einem physikalischen Vorgang von einem thermodynamischen System aufgenommen oder abgegeben wird. Der andere Teil der übergebenen Energie ist die physikalische Arbeit.

Was ist mit Wärme im Zusammenhang mit chemischen Reaktionen? Dieser Aussage nach wäre das keine Wärme. Im Abschnitt über diesem wurde bereits einiges zum Begriff der Wärme diskutiert, ich denke jedoch, dass diese Frage für sich stehen sollte. Ursprung meiner Frage ist die Diskussion (bzw. der eine Beitrag) im Artikel Reaktionswärme: [[1]]. Da eine Diskussion dort deutlich weniger Reichweite hätte, würde ich dies erstmal hier laufen lassen. Ensprechend verweisen kann man dann noch.

Meiner Meinung nach, und dabei lehne ich mich weit aus dem Fenster, kann man die bei chemischen Reaktionen freiwerdende Energie analog zu Neutronen aus Kernreaktionen betrachten: Nach der Reaktion hat ein einzelnes Molekül eine kinetisch Energie die deutlich vom Erwartungswert der Temperatur abweicht. Die kinetische Energie wird durch Zusammenstöße mit dem umgebenden Medium ausgeglichen. Die Teilchen sind dann, analog zu Neutronen, thermalisiert. [[2]] (nicht signierter Beitrag von Eheran (Diskussion | Beiträge) 09:18, 15. Jun. 2022 (CEST))

Wie Benutzer:Bleckneuhaus dort schon ausgeführt hat, ist die Bezeichnung "Reaktionswärme" etwas irreführend. Nach neuerer Sprechweise ist "Wärme" stets eine Energie, die über die Systemgrenzen fließt, während Reaktionswärme ja etwas innerhalb des Systems ist. Der erste Hauptsatz lautet ja $\Delta U=\Delta W+\Delta Q$. Nach heutigem Verständnis ändert die Reaktionswärme den Energieinhalt eines abgeschlossenen Systems nicht. Die Innere Energie eines Systems beinhaltet mehrere Energieformen, unter anderem chemische Bindungsenergie und "thermische Energie". "Reaktionswärme" bedeutet in dieser Sprechweise, dass ein Teil der Inneren Energie ihre Bezeichnung wechselt. Man hätte das auch anders definieren können. Man hätte auch sagen können, dass die chemische Bindungsenergie nicht Teil der inneren Energie ist. Dann müsste man aber den ersten Hauptsatz anders schreiben und dann käme auf der rechten Seite die "Reaktionswärme" als dritter Term hinzu. Ob das eine oder andere logischer oder sinnvoller ist, brauchen wir hier nicht zu entscheiden: Reaktionswärme ist in dem üblichen Sinne keine Form von Wärme. --Pyrrhocorax (Diskussion) 10:25, 15. Jun. 2022 (CEST)

Lieber Eheran, ich will Deinen Einwand nicht abwürgen, aber aus meiner Sicht (ich bin (Experimental-) Physiker) ist auch eine chemische Reaktion nichts anderes als ein physikalischer Vorgang (weil sich dabei Bindungskräfte in den Molekülen / an den Atomen oder Ionen ändern). Damit enthält der Begriff "physikalischer Vorgang" auch alle chemischen Reaktionen – aber vielleicht ist diese (meine) Sicht dieser Dinge zu philosophisch... In der Schulphysik mag das anders gesehen werden, denn in der Schule sind Chemie und Physik zwei unterschiedliche Fächer – aber das ist eine Vereinfachung / Vergröberung (per Festlegung durch die Schulverwaltungen), die in der realen Welt dann bei genauerer (umfassenderer) Betrachtung zu kurz greift und nicht mehr funktioniert.

Trotzdem kann man hier natürlich (sinnvoll !) eine Formulierung wählen, die mit der dem Schullehrer vorgegebenen Schubladendenken ("Physik ist ein(e) andere(s) Schublade / (Schul-)Fach als Chemie (oder Turnen, Latein, Geographie ...)") nicht so formal im Widerspruch steht, sondern das Schubladendenken, das leider in so viele Köpfe implantiert wird (und dann ein Leben lang bleibt), zuläßt (und mit kurzen Worten einschließt).

An den oben zitierten zwei Sätzen wäre dann noch zu bemängeln, daß weitere Energieformen nicht berücksichtigt werden – Beispiel die Lichterzeugung in einer LED, dabei wird zusätzlich zur Erwärmung (z.B. durch den elektrischen Strom durch den ohmschen Widerstand des Bulk-Materials) auch elektromagnetische Strahlung abgegeben (und gar keine mechanische Arbeit des Typs Kraft mal Weg, denn die LED bleibt an ihrem Ort). Und der auf das Zitat folgende dritte Satz (der den Ersten Hauptsatz der Thermodynamik auf "Summe aus Wärme und Arbeit" reduziert) wäre dann bloß noch falsch...

Ein Vorschlag zur weiteren Diskussion :

"…bei allen physikalischen Vorgängen (also inklusive chemischen, nuklearen, …) von…"

Nachtrag: Die Ausführungen von Pyrrhocorax erscheinen mir für das von Ehran aufgezeigte Problem absolut nicht hilfreich zu sein, sonder der Versuch, ein vereinfachtes / vergröbertes Modell (mechanistisch: nur Wärme und Arbeit sind Energie) zu retten (wenn es versagt), indem die störenden Effekte wegdiskutiert werden − für mich sagt der erste Hauptsatz, daß die Summe aller Energie konstant ist, nicht nur die Summe von zwei willkürlich ausgewählten. --Axel Lucas (Diskussion) 12:05, 15. Jun. 2022 (CEST)

Mein lieber Axel, den ersten HS der TD habe ja nicht ich mir ausgedacht und so formuliert, sondern so steht er in Lehrbüchern. Er besagt auch nicht, dass die Summe von zwei willkürlichen Energieformen konstant sei (Wie kommst Du auf das schmale Brett?), sondern dass Änderungen der Gesamtenergie durch Energieströme über die Systemgrenzen verursacht werden. Die Energieströme werden üblicherweise in "Arbeit" und "Wärme" unterteilt, wobei erstere die Entropie im System unverändert lässt, letztere nicht. Die Vorstellung "Kraft mal Weg" für Arbeit ist zwar anschaulich, aber in diesem Zusammenhang nicht vollständig. Was ich für wenig hilfreich halte, ist Deine Schelte für das vermeintliche Schubladendenken der Schulverwaltung. Das hat nämlich mit der durchaus berechtigten Frage von Benutzer:Eheran, warum die so genannte Reaktionswärme im Artikel Wärme nicht vorkomme, nichts zu tun. --Pyrrhocorax (Diskussion) 12:36, 15. Jun. 2022 (CEST)

Diese Diskussion (alle Vorgänge sind physikalisch) kannst du gerne im entsprechenden Artikel führen, also Chemische Reaktion. Bis das geklärt ist, sind chemische Reaktionen nicht bei "physikalischen Vorgang" inbegriffen.

Wenn man den Gedanken etwas weiter verfolgt wäre Chemie und Biologie nichts anderes als Physik. Das höre ich nicht zum ersten mal, diese Denkweise ist sicherlich weit über 100 Jahre alt. Hat sich aber offensichtlich nicht durchgesetzt, weshalb die Diskussion hier unnötig erscheint. --Eheran (Diskussion) 13:03, 2. Aug. 2022 (CEST)

Dass auch chemische Reaktionen zu den physikalischen Prozessen zählen, ist wohl für manche/n nicht so selbstverständlich. Das ist ein wichtiger Hinweis, der mich zum Überdenken des ersten Satzes anregt: Anstelle von "Die physikalische Größe Wärme erfasst einen Teil der Energie, die bei einem physikalischen Vorgang von einem thermodynamischen System aufgenommen oder abgegeben wird." sollte vielleicht besser zu lesen sein: "Bei der physikalischen Beschreibung von Naturvorgängen ist Wärme ein Teil der Energie, die von einem thermodynamischen System aufgenommen oder abgegeben wird." --Bleckneuhaus (Diskussion) 20:48, 15. Jun. 2022 (CEST)

Was spricht dagegen einfach das Wort "physikalisch" aus dem gegenwärtigen Satz zu streichen? Die physikalische Größe Wärme erfasst einen Teil der Energie, die bei einem physikalischen Vorgang von einem thermodynamischen System aufgenommen oder abgegeben wird. --Pyrrhocorax (Diskussion) 21:12, 15. Jun. 2022 (CEST)

+1 zu diesem Vorschlag. Kein Einstein (Diskussion) 22:09, 15. Jun. 2022 (CEST)

+2 --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:34, 15. Jun. 2022 (CEST)

Ich hab's jetzt mal umgesetzt. Da frage mich aber gleich: Kann "... bei einem Vorgang ..." nicht auch gleich komplett raus? Ja ich weiß: Die Autoren dieses Satzes (zu denen ich mich auch rechne) wollten damit implizieren, dass Wärme eine Prozessgröße ist. Aber erstens kommt das auch noch im weiteren Verlauf des Textes und zweitens kann man ohnehin nur im Rahmen eines Vorgangs etwas aufnehmen oder abgeben. Da steckt also nach meinem Verständnis keine Information drin. --Pyrrhocorax (Diskussion) 00:19, 16. Jun. 2022 (CEST)

Könnte weg, ja. Ich würde aus didaktischen Gründen dennoch gerne den Vorgang betont sehen. Kein Einstein (Diskussion) 08:24, 16. Jun. 2022 (CEST)

Sehe ich genau wie Kein Einstein . --Bleckneuhaus (Diskussion) 10:23, 16. Jun. 2022 (CEST)

Leider wird in dem übernächsten Satz mit ”bei dem Vorgang“ auf Vorgang Bezug genommen. Ich bin nicht so sicher, dass man Vorgang hier weglassen kann.

Weiter möchte ich vorschlagen, in der Einleitung nicht den Begriff physikalische Arbeit definieren zu wollen, zumal die Formulierung hier z.B. die Wellenarbeit bei der klassischen Bestimmung des Wärmeäquivalents nach Joule nicht umfasst und daher m.E. falsch ist. (Beim Jouleversuch gibt es keine Energieübertragung aufgrund einer Temperaturdifferenz.) Man kann allenfalls ein oder zwei Beispiele erwähnen, die Begriffsklärung sollte man aber dem Lemma Arbeit vorbehalten. Auch ist dieser Satz ”ihre Übertragung lässt die äußeren Parameter unverändert“ problematisch, so wird ja wohl bei Wärmezufuhr bei konstantem Druck in den allermeisten Fällen mit einer Wärmeeintrag/abfuhr auch eine Volumenänderung (äußerer Parameter) einhergehen. Also dann doch eher weglassen.

Ein weiterer Punkt der mir auffällt: man sollte erwähnen, dass bei dieser Definition von Wärme Prozesse ohne Zu- oder Abfuhr von Material betrachtet werden; 1. Hauptsatz gilt für geschlossene Systeme.

Vielleicht wäre es gut ein etabliertes Standardwerk als Referenz anzugeben, so dass man bei der Diskussion hier einen Bezugspunkt hat. So heißt es in dem häufig zitierten Buch von H.B.Callen (1985) (m.E. eines der besten Bücher zur Thermodynamik)

”The heat flux to a system in any process (at constant mole numbers) is simply the difference in internal energy between the final and initial states, diminished by the work done in the process.“ ArchibaldWagner (Diskussion) 13:20, 16. Jun. 2022 (CEST)

@ArchibaldWagner: Versteh ich (noch) nicht. Ich sehe das so: (1) Der Begriff physikalische Arbeit wird weder in der Einleitung noch im übrigen Artikel definiert, soweit ich sehe. (2) Beim Joule-Versuch wird mechanische Arbeit W (Drehmoment mal Winkel) verrichtet, diese erhöht durch Verwirbelung und innere Reibung den Energieinhalt des Wassers, das dadurch zunächst in einen Zustand fern vom thermischen Gleichgewicht gebracht wird, diesen aber aber bald erreicht. Derselbe Endzustand kann auch durch Wärmeeintrag Q erreicht werden, und Q/W ist das Wärmeäquivalent. (3) "Wärme-Übertragung lässt die äußeren Parameter unverändert“ entspricht tatsächlich der strengen Definition nach Born 1920, die thermische Ausdehnung bei isobarem Prozess muss als abgegebene Arbeit gewertet werden. (4) Keine Zu/Abfuhr von Material - ist richtig, hast Du eine Idee, wie in den Text einbauen? --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:28, 16. Jun. 2022 (CEST)

Danke @Bleckneuhaus für Deine prompte Reaktion.

Zu 1 das Zitat: ”Dabei ist die Arbeit als derjenige Anteil der übergebenen Energie definiert, der mit einer Änderung von äußeren Parametern verbunden ist, ...“ – Bei diesem Satz sehe ich, auch mögliche Missverständnisse beim Begriff den äußeren Parameter, der Link führt auf Äußere Zustandsgröße; aber z.B. die Wellenarbeit wird als Produkt über die Drehmoment * Winkeländerung berechnet. Der Winkel der Kurbel beim Jouleversuch ist aber keine äußere Zustandsgröße im thermodynamischen Sinne, für das betrachtete System.

Zu 2, sehe ich genauso. Hier wird mit der Arbeit direkt die Entropie des Systems erhöht, der Prozess ist irreversibel! Ich habe den Eindruck, dass manchmal (auch implizit an manchen Stellen in der Literatur) mit Arbeitsprozessen nur die Prozesse verstanden werden, die in der Fundamentalform, dU = T*dS - p*dV + BdM + ...+ {mu_1*dN_1 + ... + mu_r*dN_r}) für die innere Energie stehen, die also quasi-statisch ablaufen können, dazu gehört aber nicht der Joulesche-Versuch. Das Dilemma kommt von dem Versuch, Entropieänderungen mit Wärmeübertragung gleichzusetzen - ich sehe das als eine wesentliche Quelle für Irritationen.

Zu 3, die Formulierung könnte missverstanden werden, nämlich, dass eine Wärmezufuhr nie die äußeren Parameter verändert. Einige Autoren betonen etwa, 'wenn an/von dem System sonst keine Arbeit geleistet wird'.

Zu 4, mein 1. Versuch: "Der andere Teil der übergebenen Energie ist bei geschlossenen Systemen die physikalische Arbeit, bei offenen Systemen muss auch der mit dem Materialfluss über die Systemgrenzen verbundene Energietransport berücksichtigt werden."

Nebenbemerkung, es ist auch nützlich bei dem Begriffsverständnis hier besondere Bereiche des Zustandraums, wie etwa den Tripelpunkt im Hinterkopf zu haben. Hier kann dem System Wärme zugeführt werden, wobei sich nur die innere Energie aber keine äußeren Parameter wie V, p oder T ändern. (allerdings ändern sich dabei die Anteile der verschiedenen Phasen) ArchibaldWagner (Diskussion) 11:33, 17. Jun. 2022 (CEST)

Hallo ArchibaldWagner, diesmal dauerts länger mit dem Antworten (ich komme auch zZt kaum dazu, und habe keinen konkreten Vorschlag). ad (1): das "definiert" im 4. Satz war mir gar nicht aufgefallen, denn es war anders gemeint: nur als Zitat/Hinweis einer anderswo geleisteten Definition. Es ist aber tatsächlich missverständlich so und muss weg. (2) Da hast Du wohl recht (auch mein Lieblingspaper Born 1920 geht ja so vor). Richtiger wäre beim Arbeitsbegriff, dass dadurch auch eine Störung des Gleichgewichts bewirkt werden kann. Dann hätten wir den Joule-Versuch mit drin - aber wo steht denn belegfähig sowas? (3) Wenn man den Zusatz "wenn an/von dem System sonst keine Arbeit geleistet wird" einfügt, schränkt das die Definition ein, sie wäre dann auf die meisten Prozesse gar nicht mehr anwendbar. Daher hab ich das weggelassen. (4) Da bin ich erstmal dafür, Materialtransport auszuschließen. Und ich fange sogar an zu zweifeln, ob die analoge Formulierung bei Entropie überhaupt gut ist. (Welche Entropie würde denn 1 neues Teilchen mitbringen?). --Bleckneuhaus (Diskussion) 15:26, 19. Jun. 2022 (CEST)

Nur zum zweiten Punkt: Ich bin im Gegensatz schon dafür, dass man die Entropie untrennbar mit der Wärme verknüpft. Denn ich glaube, dass nur so zwischen Arbeit und Wärme sauber unterschieden werden kann. Was bei Joule passiert, hat ja nichts mit Wärme zu tun, sondern mit Dissipation. Anschaulich gesprochen erzeugt das Rührwerk zunächst mal nur eine Wirbelströmung im Wasser, also tritt sie in einer Erhöhung der makroskopischen kinetischen (Rotations-)Energie auf. Erst durch innere Reibung wird daraus die mikroskopische Teilchenbewegung, was eine Temperaturerhöhung bedeutet. Hierbei entsteht Entropie. Bei der isocbaren Expansion fließt aber tatsächlich Wärme (und mit ihr Entropie) aus der Umgebung ins System. Bei der isobaren Kompression wird Arbeit hineingesteckt, und Wärme kommt heraus. Wie will man die drei Prozesse sauber miteinander vergleichen, wenn man beim Joule-Versuch stattdessen von Wärmeübertragung spricht? --Pyrrhocorax (Diskussion) 16:27, 19. Jun. 2022 (CEST)

Von Wärme wollte beim Joule-Versuch hier glaub ich niemand sprechen - alle einig? --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:01, 19. Jun. 2022 (CEST)

Von meiner Seite: ja! keine Wärme! ArchibaldWagner (Diskussion) 09:59, 20. Jun. 2022 (CEST)

Ich bezog mich auf den Satz: "Das Dilemma kommt von dem Versuch, Entropieänderungen mit Wärmeübertragung gleichzusetzen - ich sehe das als eine wesentliche Quelle für Irritationen." Es geht nicht darum, Entropieänderung mit Wärmeübertragung gleichzusetzen. Dennoch ist die Verknüpfung von Wärme und Entropie wesentlich. Würde man die Wärme vollkommen von der Entropie entkoppeln, dann wird es sehr schnell schwammig. Wichtig ist es daher den Unterschied zwischen Entropie-Transport (durch Wärme) und Entropie-Entstehung (durch Dissipation) zu betonen.--Pyrrhocorax (Diskussion) 17:55, 19. Jun. 2022 (CEST)

@Pyrrhocorax: Ich bestreite hier nicht Zusammenhänge zwischen Wärme und Entropie. Aber man sollte nicht die Entropie zur Definition der Wärme benutzen. Nach Clausius wird Entropie über Prozesse mit reversiblen Wärmetransfer definiert, was dann eine echte Zirkeldefinition zur Folge hätte.

Der Karlsruher Physikkurs hat hier leider zu erhebliche Irritationen geführt. Den Begriff Entropiefluss findet man in dem linearen Modell der Onsager Theorie im Rahmen der Irreversiblen Thermodynamik (siehe Callen) oder auch bei Analysen stationärer (offener) Systeme in der technischen Thermodynamik. Der Begriff mag dort hilfreich sein, es sind allerdings alles andere als für Laien einfach durchschaubare Betrachtungen.

Eine alternative Entropiedefinition über die statistische Physik hilft letztlich auch nicht weiter. Ich sehe durchaus die überragende Bedeutung der statischen Modellierung für das Verständnis und die Erklärung vieler Erscheinungen an Makrosystemen. Allerdings zeigt uns die Notwendigkeit von umfangreichen chemischen Datenbanken mit thermodynamischen Stoffdaten, dass nur die wenigsten thermodynamischen Systeme vollständig als Mikrosystem modelliert werden können; Schlicht und einfach deshalb weil bei vielen Systemen zu komplex vielschichtige interne Wechselwirkungen berücksichtigt werden müssten.

Ganz abgesehen davon, dass Entropie für einen Laien ziemlich abstrakt klingt und alles andere als ein leicht fassbarer Begriff ist, besonders dann, wenn es auch noch um eine quantitative Größe geht.

@Bleckneuhaus: weitere Infos zu Belegen aus der Literatur bzgl. der Definition von Wärme plane ich demnächst hier anzufügen. ArchibaldWagner (Diskussion) 09:59, 20. Jun. 2022 (CEST)

Hallo @Axel Lucas: Eine Anmerkung zu Deinem LED Beispiel. Die Wechselwirkung von elektromagnetischen Feldern mit Materie werden auch zu den physikalischen Arbeitprozessen gerechnet. Es treten dabei Terme auf wie ${\vec {E}}\cdot {\vec {j}}$, ${\vec {B}}\cdot {\vec {M}}$ oder ${\vec {E}}\cdot {\vec {P}}$. Normalerweise werden in der Lehrbuchliteratur nur Beispiele mit statischen, homogenen Magnetfelder und paramagnetischem Material behandelt, aber die Anwendungsmöglichkeiten sind allgemeiner, siehe hierzu etwa Günther Ludwig "Einführung in die Grundlagen der theoretischen Physik" Band IV, XIV Thermodynamik § 2.8 Irreversible Prozesse – Materialien im elektromagnetischen Feld, S 135. Bei diesen Anwendungen kann man aber meist nur von einem lokalem therm. Gleichgewicht ausgehen und man berachtet daher Temperaturfelder, Entropiedichten, Leistungsdichten und interne Energieströme. Aber nicht überall ist Gleichgewichtsthermodynamik angebracht, etwa beim Laser. ArchibaldWagner (Diskussion) 21:15, 20. Jun. 2022 (CEST)

Hallo @Eheran: Worauf hin zielt Deine Frage genau? Wenn Du mit "Wärme aus Reaktionen" die Frage stellst, inwieweit Energie mit Materietransport über die Systemgrenze transportiert wird, ist erst einmal festzustellen, dass die Wärme mittels geschlossener Systeme definiert wird, also an solchen bei denen keine Materie über die Systemgrenze wandert. Natürlich, Du hast Recht, Kernprozesse oder Elementarteilchenreaktionen sind aus thermodynamischer Sicht genauso zu behandeln wie interne chemische oder physikalische (z.B.Lösungen) Prozesse. Nur spielen die Energiebeiträge von Kernprozessen bei den allermeisten betrachteten Anwendungen keine Rolle, aber es gibt natürlich Anwendungen etwa im Zusammenhang mit der Radioaktivität, wo sie durchaus wichtig sind. Bei dem Transport von Materie über die Systemgrenze wird immer auch innere Energie und oft kinetische Energie und potentielle Energie in das System übertragen oder aus ihm entfernt (neben von dem Materietransport unabhängiger möglicher Wärme und Arbeit), siehe hierzu unter dem Stichwort Energiebilanzen in Büchern der technischen Thermodynamik nach. ArchibaldWagner (Diskussion) 21:15, 20. Jun. 2022 (CEST)

Worauf will ich hinaus: Unvöllständige bzw. missverständliche bzw. falsche Definitionen aufzeigen. Man vergleichen Reaktionswärme, wo schon der Begriff falsch zu sein scheint, mit Reaktionsenthalpie. Augenscheinlich sollte nur letzterer Artikel erhalten bleiben und Reaktionswärme darauf verweisen und als alternative Bezeichnung erwähnt werden. Aber es würde die Frage offen lassen, was passiert, wenn der Druck bei der Reaktion nicht konstant bleibt, etwa wenn Wasserstoff mit Sauerstoff als Knallgas verbrennt. Das wäre laut dem Artikel keine Reaktionsenthalpie. Vergleicht man das mit dem englischen Artikel [3] zur Reaktionsenthalpie sieht es deutlich besser aus:

The standard enthalpy of reaction (denoted or ) for a chemical reaction is the difference between total reactant and total product molar enthalpies, calculated for substances in their standard states.

Generell habe ich mein Ziel jedenfalls erreicht: Eine Diskussion anregen und den Artikel hier verbessern.

Ich bin leider nicht so bewandert was das Editieren von Wiki-Artikeln anbelangt, daher wage ich mich nicht an die genannten Änderungen. Mit Verweis auf diese Diskussion würde ich jedoch, sofern mir hier zugestimmt wird, diese Definitionen anpassen. --Eheran (Diskussion) 13:16, 2. Aug. 2022 (CEST)

Danke @Eheran für Deine Erläuterung. Wir sind hier allerdings bei dem Lemma Wärme, Deine Einwände betreffen aber Reaktionswärme und Reaktionsenthalpie (im en-wiki en:Standard enthalpy of reaction) bzw. Enthalpie. Ich habe mir den Artikel Reaktionswärme angeschaut und finde diesen Artikel in Ordnung, insbesondere die Einleitung beschreibt die Situation korrekt und zeigt dass Reaktionsenthalpie der speziellere Fall ist. Wenn hier etwas im Rahmen von korrekter Terminologie zu ändern wäre, so würde ich eher die Weiterleitung von Reaktionsenergie auf Reaktionswärme gerade vertauschen, ist doch nach heutigem und in diesem Lemma erläuterten Verständnis von Wärme, Reaktionsenergie gegenüber Reaktionswärme zu bevorzugen. Die Standardreaktionsenthalpie wird im de.Wiki hier unter Enthalpie#Standardbildungsenthalpie im Lemma Enthalpie definiert, ich habe gerade im Lemma Reaktionsenthalpie einen entsprechenden Verweis eingebaut. Werden doch Standardbildungsenthalpie und Standardreaktionsenthalpie synonym gebraucht, dies wäre noch zu klären und zu belegen.

Dieser Artikel Wärme sollte auch aufgrund der in diesem Diskussionsabschnitt gemachten Einwände m.E. ergänzt werden, und zwar um den Hinweis, dass Wärmemengen in der Regel mit Kalorimetern gemessen werden und diese Geräte oft benutzt werden, um Reaktionsenergien zu bestimmen. Danach könnte dieser Diskussionsabschnitt dann geschlossen werden. ArchibaldWagner (Diskussion) 16:14, 3. Aug. 2022 (CEST)

Definitionen von Wärme in der Literatur

Ich liste hier Links und Zitate zu und aus der Literatur bzgl. der Definition von Wärme auf.

(1) Wärme im Lexikon der Physik (vmtl. in den 90-er Jahren), entspricht mehr Thermische Energie, ähnlich wird es im meinem Brockhaus Physik VEB-Verlag definiert.

(2) Im Nolting 4/2 9.Aufl S 34 ist zu lesen: – ”Es ist ungeheuer schwierig, den Begriff der Wärme im Rahmen der phänomenologischen Thermodynamik mit hinreichendem Maß an logischer Exaktheit einzuführen. Das wird uns in der Statistischen Mechanik wesentlich glatter gelingen. ... "Wärme" = Energieform ... Diese Energieform nimmt das System auf bzw. gibt es ab, wenn es seine Temperatur ändert ohne dass an ihm oder von ihm Arbeit geleistet wird. ....Die kinetische Gastheorie interpretiert Wärme als Bewegungsenergie der Gasmoleküle... Ein Wesenmerkmal dieser Energieform ist also die Unordnung. Sie ist deshalb sinnvoll auch nur für Vielteilchensysteme definierbar.“ – Einwände meinerseits Wärmetransfer am Tripelpunkt nicht enthalten. In dem Nolting Statistik Band 6 (7. Aufl.) konnte ich dann allerdings die angekündigte einfache Definition von "Wärme" nicht finden!

(3) Pohl "Mechanik...Wärmelehre" 16. Aufl. 1964 S 248 §146 - ”Das Wort Wärme wird leider noch immer nebeneinander in zwei verschiedenen Bedeutungen benutzt. Meist kennzeichnet es nicht eine besondere Form der Energie, wie es die Worte potentielle, kinetische, ...Energie tun. Meist kennzeichnet das Wort Wärme lediglich eine besondere Art, in der Energie aus einer Stoffmenge in andere übergeht: Es ist der Übergang, der unter Ausschluss aller sonstigen Hilfsmittel alleindurch eine Temperaturdifferenz verursacht wird. ... Im Sonderfall bezeichnet Wärme den kinetischen Anteil der inneren Energie ($169). Wir werden es allein in dieser Bedeutung benutzen.“

(4) Baehr, Kabelac "Thermodynamik.." 16. Aufl. (2016) S 65 – ”Wärme ist die Energie, die allein aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen einem System und seiner Umgebung (oder zwischen zwei Systemen) über die gemeinsame Systemgrenze übertragen wird.“

(5) Rainer Müller "Thermodynamik..." 2. Aufl. 2016 S 139 im Kasten: - ”Wärme und Arbeit: Energie, die eine Systemgrenze aufgrund einer Temperaturdifferenz überquert, bezeichnet man als Wärme. Energie, die eine Systemgrenze und keine Wärme ist, nennt man Arbeit.“ - Halte ich für ziemlich gewagt, erst Wärme und dann Arbeit zu definieren. In der mir sonst zugänglichen Literatur ist es immer anders herum. Wenn man sich bei dieser Definition eine konkrete Vorrichtung für die quantative Bestimmung der Wärme ausdenken muss, wird man einige Probleme bekommen. Wir hatten die Diskussion schon vor einem Jahr im Zusammenhang mit Arbeit!

Nun zwei Bücher, die m.E. die Wärme, soweit wie möglich, logisch konsistent und auch meßbar definieren.

(6) H.B.Callen "Thermodynamics..." 2. Auflage 1987 Insbesondere die Abschnitte 1.4 Internal Energy, 1.5, 1.6, 1.7 (als Vorbereitung, es wird erst die innere Energie und deren Messbarkeit definiert!) und dann im Abschnitt 1.8 "Quantitativ Definition of heat and units" auf S 18 - ”The fact that the energy difference of any two equilibrium states is measureable provides us directly with a quantative definition of the heat: The heat flux to a system in any process (at constant mole numbers) is simply the difference in internal energy between the final and initial states, diminished by the work done in that process.“

(7) Ludwig "Einführung in die Grundlagen der theroretischen Physik" Band IV 1. Aufl. (1979) XIV Thermodynamik die Abschnitte §1.2 Der Energiesatz und § 1.3 Zusammengesetzte System und der Begriff der Temperatur S 11 - 40 – Er beschreibt hier ausführlich zwei Beispiele von Arbeitsprozessen, wobei er jeweils einen äußeren mechanischen Energiespeicher $U_{pot}$ benutzt. Dann schreibt er S 17: ”Allerdings gibt es nach der Erfahrung einen wesentlichen Unterschied zwischen den beiden Fällen: In der Anordnung nach Fig. 1 können die Kolben (im Fastgleichgewicht) sowohl so bewegt werden, dass $U_{pot}>0$ oder $U_{pot}<0$ ist; in der Anordnung nach Fig.2 ist augenscheinlich nur $U_{pot}<0$ möglich, da die Umkehrung der Bewegungsrichtung auch die Richtung der Reibungskraft umkehrt. ... ein ähnlicher Fall wie bei dem eben betrachteten Beispiel liegt bei elektrischen Strömen in Leitern vor.“ – Dann werden einige allgemeine Postulate und Erfahrungen zu Arbeitsprozessen angeführt, um damit dann in Definition 1.2.2 auf S 20 die innere Energie zu definieren. – – Im §1.3 "Zusammengesetzte Systeme..." definiert er dann die Wärme, hierzu betrachtet er zwei System auf Seite 41 heißt es dann ”Definition 1.3.5: Die bei diesem Prozess an zwei zusammengesetzten Systemen x,y auftretende Differenz (1.3.23) $Q_{1}=U^{(1)'}-U^{(1)}+A_{1}$ heißt die während dieses Prozesses dem System x zugeführte »Wärmemenge«.“ – er schreibt weiter: ”Oft findet man für einen Prozess an einem System x nur die Gleichung (1.3.23) hingeschrieben, wobei man stillschweigend annimmt, dass ein anderes System y existiert, mit dem es gekoppelt war. Tatsächlich ist aber (1.3.23) nur eine Definition von $Q_{1}$, d.h. eine Definition der Wärmemenge! Der Energiesatz wird durch (1.3.22)“ - Anm. Bilanz aller Energien von beiden Systemen – ”dargestellt, was unter Benutzung der Definition 1.3.5 mit $Q_{1}+Q_{2}=0$ identisch ist. Viele Unklarheiten entstehen dadurch, Sätze und Definitionen nicht genau zu unterscheiden.“ (Achtung: Ludwig benutzt für die Arbeit $A_{1}$ eine andere Vorzeichenkonvention!)

Ich habe den Ludwig hier sehr ausführlich zitiert, weil er auf einige wunde Punkte in der üblichen Lehrbuchliteratur hinweist. Seinem Buch wünsche ich eine größere Lesergemeinde, weil er sich nicht scheut, viele Stolperstelle explizit zu benennen und er darauf hinweist, wie es zu verstehen ist. Ich hoffe nun, damit genügend Stoff geliefert zu haben, um die Einleitung zu verbessern. Wobei wir in der Einleitung keine strenge Definition geben müssen, hier ist es wichtiger, weniger mit Fachausdrücken zu arbeiten aber stattdessen den Erfahrungshorizont von möglichst vielen Lesern anzusprechen, ohne dabei einer genauen Definition im Lemma zu widersprechen. ArchibaldWagner (Diskussion) 12:55, 20. Jun. 2022 (CEST)

Danke ArchibaldWagner, sehr verdienstvoll, beachtenswerte Information. - Leider ist der Ludwig aus unserer UB verschwunden, und ich bin jetzt für 7 Wochen auf Achse und weiß nicht, wie viel ich hieran weiterarbeiten (können) werde. Macht mal! --Bleckneuhaus (Diskussion) 20:57, 20. Jun. 2022 (CEST)

Auch von mir ein dickes Lob für diese sehr klare und lehrreiche Information. Irgendwie weiß ich nun gar nicht mehr, warum ich Dir widersprochen hatte. Vermutlich hatte ich Dich einfach falsch verstanden. In der Sache scheinen wir uns ja alle einig zu sein. Wie man die Akzente setzt (etwas mehr oder weniger Entropie etc.), ist glaube ich kein inhaltlicher Dissens (mehr), sondern eine reine Geschmacksfrage. Nur habe ich jetzt etwas den Faden verloren. Was wolltest Du noch gleich an der Einleitung des Artikels verbessert wissen? --Pyrrhocorax (Diskussion) 14:15, 21. Jun. 2022 (CEST)

Danke Pyrrhocorax für das Lob. Ich kann allerdings den allgemeinen Konsens hier nicht sehen. Was ich geändert haben möchte? Lese einfach meine Beiträge und die Kommentare dazu von Bleckneuhaus weiter oben noch einmal! Die ausgiebigen Literaturzitate haben ich hier auch angeführt, um zu zeigen, dass es auch in der Fachliteratur unterschiedliche Definitionen gibt, die teils nicht miteinander vereinbar sind. Damit stelle ich implizit die Frage, wie wir damit umgehen sollen. Auch ist der Einwand Wärme aus Reaktionen noch nicht wirklich berücksichtigt: hier Bedarf es wohl eines Hinweises zum unterschiedlichen Gebrauch in der Alltagssprache und in der Fachsprache schon in der Einleitung. Ich selber habe in den nächsten Wochen kaum Zeit, um einen Änderungsvorschlag auszuarbeiten. Auch werde ich eine solche Entwurf nur angehen, wenn es Konsens ist, dass zumindest die Einleitung verbessert werden muss. Diesen Konsens sehe ich aber nach Deiner Frage leider noch nicht. ArchibaldWagner (Diskussion) 17:18, 22. Jun. 2022 (CEST)

Ich habe mir gerade den englischen Parallelartikel en:Heat angeschaut, dort findet sich im Abschnitt en:Heat#Carathéodory_(1909) eine Darlegung von offenkundig zwei verschiedenen Vorstellungen zum Begriff Wärme. Demnach entspricht das was oben unter der Nr. (6) und (7) zitiert wird der axiomatischen Definition nach Carathéodory (von 1909), einige der anderen Zitate s.o. beziehen sich eher auf das intuitive Verständnis von Wärme aus dem 19. Jahrhundert und der Messung von Wärmemengen mit Kalorimetern. Die Darlegung in der engl. Wikipedia bereichert die Betrachtung des Für-und-Widers der hier diskutierten Problematik und ergänzt die Literaturhinweise. ArchibaldWagner (Diskussion) 16:32, 3. Aug. 2022 (CEST)

Nachtrag (8) Der Wärmebegriff in einer naturphilosophischen Arbeit "Natural Philosophy Of Cause And Chance – Antecedence: Thermodynamics" von MaxBorn aus dem Jahre 1949. Siehe dort die Seiten 31-39... insbesondere die Definition (5.10) auf S 37 und die Bemerkung auf S 39 oben ”This was about forty years ago, but still all textbooks reproduce the 'classical' method, and I am almost certain that the same holds for the great majority of lectures – I know however, a few expections,..“ (heute sind es wohl leider schon 113 Jahre) – Interessant ist wie Born den Ansatz von Carathéodory begründet und lobt. ArchibaldWagner (Diskussion) 17:58, 3. Aug. 2022 (CEST)