Wärmelehre

Wärmelehre

Die Wärmelehre stellt für die Lebensmittelverfahrenstechnik eine wichtige physikalische Grundlage dar. Das folgende Mindmap wurde mit dem Programm Freemind erstellt. Das Mindmap ist bisher nur ein Test anzusehen und keine vollständige Darstellung.

[maximize][fold]

Temperatur und Wärme

Zur Unterscheidung der Begriffe Temperatur und Wärme gibt es sehr gute Informationen auf der Seite "Leifi-Physik": Versuche, Erklärungen und Aufgaben zum Thema Temperatur und Teilchenmodell

Temperatur ist eine Zustandsgröße. Je nach Bewegung der Teilchen hat ein Stoff eine hohe oder eine niedrige Temperatur. Wärme ist eine Prozessgröße. Wärme kann einem System entweder zu- oder abgeführt werden. Wärmezufuhr bewirkt eine Erhöhung der Temperatur (wenn keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt). Wärmeabfuhr bewirkt eine Verringerung der Temperatur (wenn keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt).

spezifische Wärmekapazität

Mit Hilfe der spezifischen Wärmekapazität c können Wärmemengen, die für die Erhitzung bzw. Abkühlung von verschiedenen Stoffen erforderlich sind, berechnet werden.

$\color{blue}Q = m\cdot c\cdot \Delta T$

dabei bedeuten:
Q: die zu- bzw. abgeführte Wärmemenge in Wh bzw. kJ
c: die spezifische Wärmekapazität in $\frac{W \cdot h}{kg \cdot K}$ bzw. $\frac{kJ}{kg \cdot K}$
m: Masse in kg

$\Delta T$ : Temperaturdifferenz in Kelvin (K)

Übungsaufgaben

Umwandlungswärme

Mit Hilfe der Berechnung der Umwandlungswärme wie Verdampfungswärme bzw. Kondensationswärme, Schmelzwärme bzw. Erstarrungswärme können Wärmemengen, die für die Änderung des Aggregatzustands benötigt werden, berechnet werden. Animation zu den Phasenübergängen auf Leifi-Phyisk Übungsaufgabe:

Aufgabe <1> Energiebedarf berechnen Berechnen Sie die Energiemenge,die benötigt wird, um 2,3 kg Eis mit einer Temperatur von -20°C in überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 130 °C umzuwandeln

Verbrennungswärme

Mit Hilfe des Heizwertes kann die Wärmemenge, die bei der Verbrennung entsteht, berechnet werden.

$\color{blue}Q = m\cdot H$

Mischungstemperatur

Berechnung von Mischungstemperaturen

Energieumwandlung

Erstellen von Energiebilanzen von Energiewandlern (Wirkungsgrad) Am Beispiel eines Esbit-Campingkochers, mit dem Wasser erwärmt wird, wird der Wirkungsgrad berechnet.

Die folgenden Aufgaben können auch mehrere richtige Antworten enthalten!

Welche der angegebenen Einheiten sind Einheiten für Arbeit, Energie oder Wärmemenge (kWh) (Joule) (!W) (Nm)

Welche der angegebenen Einheiten sind Einheiten für Leistung (Nm/s) (kW) (!kWh)

Wärmeübertragung

Informationen, Versuche und Aufgaben zum Thema Wärmeübertragung gibt es auf der Seite Leifi-Physik.

• Wärmeleitung
• Konvektion

Zuordnung
Ordnen Sie die Beispiele den richtigen Mechanismen der Wärmeübertragung (WÜ) zu.

Wärmeleitung	WÜ innerhalb der Platte eines Wärmetauschers	WÜ durch die Wand eines Hauses	WÜ von einer Herdplatte auf einen Kochtopf
Konvektion	WÜ durch Luft, die an einem Heizkörper entlang strömt	WÜ vom Kochtopf auf die Suppe (mit Umrühren)
Strahlung	Sonne	Ofen