Energie
Energie ist eine physikalische Zustandsgröße. Üblicherweise wird für die Energie das Formelzeichen E verwendet. Die Energie E eines Systems lässt sich selbst nicht messen, sie wird bestimmt mittels Berechnung oder durch die durch sie verrichtete Arbeit.
Thermische Energie, umgangssprachlich meist falsch als Wärme, Wärmeenergie bezeichnet, ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist. Sie wird im SI-Einheitensystem in Joule (Einheitenzeichen: J) gemessen.
Die Thermische Energie Eth eines Stoffes ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur und der spezifischen Wärmekapazität:
- ΔEth = m c ΔT
- T - Thermodynamische Temperatur [K]
- m - Masse [kg]
- c - spezifische Wärmekapazität [J/(kgK)]
Führt man einem Stoff thermische Energie zu, so steigt die Temperatur des Stoffes proportional zur Menge der zugeführten thermischen Energie (sensible Wärme = fühlbare Wärme). Der Proportionalitätsfaktor ist die spezifische Wärmekapazität des Stoffes.
Tritt während der Energiezufuhr ein Phasenübergang im Stoff auf, steigt die Temperatur nicht weiter an. Die Energie wird als latente Wärme im Stoff gespeichert. In der Bauphysik hat die latente Wärme in der Regel nur für Wasser einen Einfluss auf die Energiemenge.
Innere Energie
Für dynamische Berechnungen wird jeweils die Innere Energie des System berechnet. Die Innere Energiedichte (Innere Energie pro Volumeneinheit) eines Bauteils berechnet sich wie folgt:
- [math]\displaystyle{ \Delta u \left[\frac{J}{m³}\right] = (\rho_m \cdot c_m + w \cdot c_w) \cdot \Delta T }[/math]
- [math]\displaystyle{ -\nabla q_{ges} = \nabla q_{sens} + \nabla q_{lat} = \frac{\partial u}{\partial t} }[/math]
- u [J/m³] - Innere Energiedichte
- c [J/(kg K)] - Spezifische Wärmekapazität, Index: m = Material, w = Wasser
- ρ [kg/m³] - Dichte
- w [kg/m³] - volumenbezogene Masse des Feuchtegehalts
- T [K] - Thermodynamische Temperatur
- q [W/m²] - Wärmestromdichte (sensible Wärme und latente Wärme)
Die Enthalpie ist abhängig von der Inneren Energie, dem Volumen und dem Druck:
- [math]\displaystyle{ U(S,V,N) = H - p \cdot V }[/math]
Bei gleichem Druck und Volumen ist die Enthalpie deshalb proprotional zur Wärmekapazität eines Stoffes [math]\displaystyle{ H \sim c \cdot \rho }[/math]
Weblinks
Siehe auch: Wärmestromdichte, Wärmemenge, Enthalpie
