Wärme ist die Übertragung von Energie zum oder vom Körper in anderen Formen als Materiefluss oder Arbeit (organisierte Energieübertragung, wie z. B. Drücken).

Temperatur ist nur eine genau definierte Eigenschaft für ein Kollektiv Körper (Sie könnten mir zum Beispiel nicht die Temperatur eines einzelnen Atoms sagen). Wie Sie sagten, ist es die Eigenschaft der Materie, die die Menge der kinetischen Energie der Teilchen im Körper beschreibt. Warum dies so ist, würde ich fragen: Was passiert bei absoluter 0?

Bei absoluter 0 hat sich die Wärme so stark aus dem System übertragen, dass Sie nicht senken können die Energie des Systems nicht mehr.

(Hinweis für den sachkundigen Leser: Es gibt tatsächlich immer noch ein quantenmechanisches Phänomen - Nullpunktsenergie - das verhindert, dass etwas Energie das Molekül verlässt. aber das ist ein Gespräch für eine andere Zeit).

Aus einer thermodynamischen Definition ist Temperatur die Beschreibung, wie sich die innere Energie mit der Entropie für ein geschlossenes (egal ob hinein oder heraus fließt) System mit konstantem Volumen ändert:

$ T = \ left (\ frac {\ partielle {U}} {\ partielle {S}} \ rechte) _ {N, V} $ span>

Durch Erhöhen der Entropie des Systems um einen festen Betrag sagt mir die Temperatur des Systems, um wie viel sich die innere Energie erhöht. Dies ist keine sehr nützliche Form, da Sie die Entropie eines Körpers nicht direkt erhöhen können (Sie müssen Energie hinzufügen und dann die Entropie indirekt erhöhen lassen). Es ist viel nützlicher, die inverse Temperatur zu berücksichtigen:

$ \ frac {1} {T} = \ left (\ frac {\ partielle {S}} { \ partielle {U}} \ rechts) _ {N, V} $ span>

Beim absoluten Nullpunkt befindet sich alles im niedrigsten Energiezustand. Jede kleine Energieübertragung auf das System führt zu einer starken Zunahme der Entropie. Dies war jedoch nur eine kleine Änderung, sodass die innere Energie nicht wesentlich zunimmt. Vergleichen Sie mit einem System bei Raumtemperatur, bei dem ich viel mehr Energie auf das System übertragen muss, um die gleiche Entropiezunahme zu erzielen.

Temperatur gegen kinetische Energie

[OP:] Ich habe an vielen Stellen gelesen, dass die Temperatur die durchschnittliche kinetische Energie von Partikeln ist, die in einem Objekt vorhanden sind.

Die Temperatur hat mit der durchschnittlichen kinetischen Energie von Partikeln zu tun, aber zu sagen, dass die beiden Konzepte gleich sind, ist falsch. Richtig ist, dass wenn die Partikel in zwei monoatomaren Gasproben die gleiche durchschnittliche kinetische Energie haben, sie die gleiche Temperatur haben. Für Proben, die keine monoatomaren Gase sind, siehe Welche Freiheitsgrade definieren die Temperatur eines ionischen Feststoffs (wie Natriumazid)?.

[OP:] Ich verstehe einfach nicht intuitiv, wie kinetische Energie mit der Temperatur verbunden ist.

Wenn Sie ein Gas in einem Behälter haben (wie die Luft in einem Raum), Gasmoleküle wird mit den Wänden kollidieren. Wenn die Wände kälter als das Gas sind (z. B. eine kalte Fensterscheibe im Winter), verlangsamen diese Kollisionen die Gaspartikel im Durchschnitt und senken die Temperatur des Gases. Wenn die Wände heißer als das Gas sind (z. B. eine Fensterscheibe im Sommer), beschleunigen diese Kollisionen die Gaspartikel im Durchschnitt und erhöhen die Temperatur des Gases. Da Energie (und Impuls für elastische Kollisionen) erhalten bleiben, spiegeln sich Änderungen der Gastemperatur in entgegengesetzten Änderungen der Wandtemperatur wider (das Ausmaß der Änderung ist nicht gleich, es hängt von den Wärmekapazitäten ab).

Wärme gegen Temperatur

[OP:] Und wie hängt Wärme dann mit der Temperatur zusammen?

Wärme ist die Übertragung von Wärmeenergie. Wenn nichts anderes passiert, geht die von Probe A auf Probe B übertragene Wärme mit einem Temperaturabfall von A und einem Temperaturanstieg von B einher. Siehe auch: https://chemistry.stackexchange.com/a / 112057

Definition der Temperatur

[OP:] Was genau ist dann die Temperatur? Alle online gegebenen Beschreibungen sind sehr verwirrend.

Im einfachsten Sinne ist es das, was Sie messen, nachdem Sie ein Thermometer in thermischen Kontakt mit der Probe gebracht haben. Der Sensorteil des Thermometers (Quecksilber- oder Alkoholkolben, Thermoelement usw.) muss die gleiche Temperatur wie die Probe erreichen. Die Probe sollte viel größer als der Sensor sein, damit durch Kontakt die Temperatur der Probe nicht wesentlich verändert wird. Die vom Thermometer gemessene Temperatur entspricht der Temperatur der Probe, da sie sich im thermischen Gleichgewicht befindet (Wärmeaustausch ist Null), und das Thermometer weist einige Eigenschaften auf, die sich mit der Temperatur ändern (z. B. das Alkoholvolumen), um dessen Temperatur zu erfassen Temperatur. Siehe auch: Temperaturmessung

Die quantitative Definition der Temperatur ist in der offiziellen Definition der SI-Einheit Kelvin angegeben:

Das Kelvin-Symbol $ K $ span> ist die SI-Einheit der thermodynamischen Temperatur. Es wird definiert, indem der feste numerische Wert der Boltzmann-Konstante k als $ \ pu {1.380649e - 23} $ span> angenommen wird, wenn er in der Einheit $ \ pu {JK-1} $ span>, was $ \ pu {kg m2 s-2 K-1} $ span entspricht >, wobei Kilogramm, Meter und Sekunde in Form von $ h $ span>, $ c $ span> und definiert sind $ Δν_ {Cs} $ span>.

Diese Definition erfordert viel physikalische Chemie, um verstanden zu werden. Es wird jedoch manchmal wie folgt formuliert:

Ein Kelvin entspricht einer Änderung der thermodynamischen Temperatur $ T $ span>, die zu a führt Änderung der Wärmeenergie $ kT $ span> durch $ \ pu {1.380 649e - 23 J} $ span>.

Wenn also die Wärmeenergie (Durchschnitt pro Partikel, oben nicht angegeben) steigt, steigt die Temperatur.

Die Temperatur hängt mit der kinetischen Energie zusammen, kann jedoch nicht einfach mit der durchschnittlichen kinetischen Energie des Systems gleichgesetzt werden. Wie ich als Antwort auf eine andere Antwort schrieb, können verschiedene Systeme unterschiedliche durchschnittliche kinetische Energien / Partikel haben, aber die gleiche Temperatur. Beispielsweise wird bei der gleichen Temperatur der Durchschn. Das kinetische / Energieteilchen eines zweiatomigen Gases ist größer als das eines einatomigen Gases, da die einatomigen Gasteilchen nur eine translatorische kinetische Energie haben, während die zweiatomigen Teilchen die gleiche durchschnittliche kinetische Translationsenergie haben, aber auch eine rotatorische und schwingende kinetische Energie.

Was Sie jedoch sagen können, ist, dass die Temperatur ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie pro verfügbarem Freiheitsgrad ist , $ \ langle H_ {kin, DOF} \ rangle $ span>:

$$ \ langle H_ {kin, DOF} \ rangle = 1/2 N k_B T / f, $$ span> wobei $ f $ span> die gebrochene Verfügbarkeit des Freiheitsgrades ist.

Wir können also schreiben:

$$ T = \ frac {2 \ langle H_ {kin, DOF} \ rangle} {N k_B f} $$ span>

Betrachten Sie noch einmal ein einatomiges oder zweiatomiges Gas. Bei niedrigen Temperaturen sind die Schwingungsfreiheitsgrade möglicherweise nicht vollständig verfügbar, aber die Translationsfreiheitsgrade sind (daher ist für jeden der drei Translationsfreiheitsgrade $ f = 1 $ span>). Bei gleicher Temperatur ist das durchschnittliche KE / Partikel der beiden Gase unterschiedlich. Für beide Gase ist jedoch der durchschnittliche KE pro Partikel pro Translationsfreiheitsgrad gleich!

In der Thermodynamik liefert das $ 0 ^ {\ text {th}} $ span> -Gesetz die Grundlage für eine Definition der Temperatur: zwei Körper, die unabhängig voneinander im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten Körper sind, befinden sich im thermischen Gleichgewicht miteinander. Das thermische Gleichgewicht ermöglicht die Definition der Temperatur: Zwei Körper im thermischen Gleichgewicht sollen die gleiche "Temperatur" haben.

Das Gesetz $ 0 ^ {\ text {th}} $ span> ist nützlich, da es eine Möglichkeit bietet, zu bestimmen, ob zwei Systeme nicht thermisch sind Kontakt wäre im thermischen Gleichgewicht, wenn er in Kontakt gebracht würde. Diese transitive Eigenschaft des thermischen Gleichgewichts bietet eine Methode zur Einstufung von Systemen, indem sie beispielsweise separat in thermischen Kontakt mit einem Referenzkörper gebracht werden. Ein Thermometer repräsentiert einen solchen Referenzkörper. Es ist so konzipiert, dass Energie nur thermisch ausgetauscht wird, nicht durch Arbeit. Ein praktisches Maß für die Temperatur (eine Skala) kann durch eine beobachtbare intensive Eigenschaft des Thermometers bereitgestellt werden, die den Zustand des Thermometers definiert. Wenn das Thermometer bei Kontakt mit zwei verschiedenen Körpern dieselbe "Temperatur" anzeigt, befinden sich diese beiden Körper im thermischen Gleichgewicht (oder würden in thermischen Kontakt gebracht).

Sobald eine Temperaturskala unter Verwendung des Zustands eines Thermometers als Referenz festgelegt wurde, lautet die nächste zu beantwortende Frage: Was passiert, wenn zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in thermischen Kontakt gebracht werden? Um dies zu beantworten, berufen wir uns auf das 1. Gesetz. Das erste Gesetz definiert die Additivität verschiedener Energieformen (Wärme und Arbeit). Wärme ist die Änderung der inneren Energie von Objekten, wenn sie sich in thermischem Kontakt ohne Arbeit ausgleichen. Das 1. Gesetz bietet auch eine Möglichkeit, "Wärme" zu messen, indem es auf einen äquivalenten Arbeitsaufwand bezogen wird. Zum Beispiel kann elektrische Arbeit verwendet werden, um den Zustand einer Substanz in einem starren adiabatischen Behälter zu ändern. Der Arbeitsaufwand entspricht der Wärme, die zu der gleichen Temperaturänderung des Stoffes führen würde, wenn die Energieübertragung thermisch und ohne Arbeit durchgeführt worden wäre:

$$ \ begin {align} \ Delta U & = w \ tag {adiabatisch} \\ & = q \ tag {diathermal, starr} \ end {align} $$ span>

Beachten Sie schließlich, dass es eine thermodynamische Temperaturskala gibt, die auf dem 2. Hauptsatz basiert (als Folge der Eigenschaften der Entropie), aber in der Praxis stützen wir uns auf Skalen, deren begrenzendes (ideales) Verhalten dem von nahe kommt die thermodynamische Skala.

Die Temperatur ist die durchschnittliche kinetische Energie der Partikel, aus denen ein System besteht. Das war's und es ist richtig. Jede andere Definition, und es gibt viele dieser Seiten, ist entweder gleichwertig oder falsch. Was ist das Problem?