Physik der Wärme
Physik der Wärme
Im allgemeinen Sprachgebrauch wird thermische Energie gleichbedeutend mit Wärme gesetzt. Die thermische Energie ist die „Innere Energie“ oder „Enthalpie“ eines Stoffes, sie ist also immer an einen Stoff gebunden. So führt z. B. die Wärmeabgabe des Heizkörpers zu einer höheren Enthalphie der Raumluft (bzw. einem Anstieg der Raumluft- temperatur). Für die Wärmespeicher- ung gilt: Wärme kann als Enthalpie gespeichert werden. Mit der Wärme muss immer ein Stoff gespeichert werden, der sie enthält.
Im Wesentlichen werden drei physikalische Prinzipien der Wärmespeicherung unterschieden:
- Speicherung fühlbarer und sensibler Wärme infolge einer Temperaturänderung,
- Speicherung latenter Wärme durch Änderung des Aggregatzustandes (ohne Änderung der Temperatur),
- Speicherung chemischer Wärme als Bindungsenergie bei Stoffreaktionen
Spezifische und volumetrische Wärmekapazität von wärmespeichermaterialien bei 20°C
Sensible Wärme
Als „sensible Wärme“ wird die Wärmeaufnahme oder –abgabe bezeichnet, die mit einer fühlbaren Änderung der Temperatur verbunden ist.
Latente Wärme
Als „latente Wärme“ bezeichnet man die bei einem Phasenübergang aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge. Sie wird „versteckte Wärme“ oder „latente Wärme“ genannt, da die Aufnahme bzw. Abgabe dieser Wärme zu keiner merklichen Temperaturänderung führt.
Die latente Wärme ist aus dem Alltag bekannt. Sie ist z.B. für die lange Zeitdauer für das Auftauen von Gefriergut verantwortlich. Zum Schmelzen muss reichlich Wärme zugeführt werden, was aufgrund des schlechten Wärmeübergangs viel Zeit in Anspruch nimmt. Umgekehrt ist beim Gefrieren (oder präziser beim Erstarren) genau diese Wärme abzuführen. Für die Wärmespeicherung sind derartige Vorgänge günstig, da die gespeicherte Wärme bei einer konstanten Temperatur zur Verfügung steht.
Chemische Wärme
Bei der chemischen Wärmespeicherung wird die Reaktionsenergie ausgenutzt. Der große Vorteil liegt in der höheren Energiedichte sowie dem Fehlen von Wärmeverlusten auch bei langer Speicherungsdauer.
Das Prinzip der chemischen Energiespeicherung ist aus der Natur bekannt. Die Vorräte an Kohle, Erdöl und –gas sind verkürzt dargestellt aus Pflanzenresten entstanden und stellen letztendlich gespeicherte Sonnenenergie dar. Unsere Energieversorgung der letzten 200 Jahre wird aus diesem großen, aber endlichen Speicher gedeckt. Die Verbrennung der fossilen Energieträger ist nichts anderes als eine chemische Reaktion mit Sauerstoff bei hoher Temperatur, bei der die Bindungsenergie der chemischen Reaktion in Form von Wärme freigesetzt wird. Quelle Text und Fotos: BINE Informationsdienst
Wärmespeicher bauen … lesen Sie weiter im nächsten Kapitel
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