XIV. Hauptsätze der Wärmelehre
XIV.1 I. Hauptsatz der Thermodynamik
XIV.2 Innere Energie von Gasen
XIV.3 Spezifische Wärme idealer Gase
XIV.4 Enthalpie und Joule-Thomson-Effekt
XIV.5 Zustandsänderung idealer Gase
XIV.6 Kreisprozesse und Wärmekraftmaschinen
XIV.7 Thermodynamische Temperatur
XIV.8 II. Hauptsatz der Wärmelehre und Entropie
XIV.9 Begriffe für die Energieversorgung
Wie in der Einleitung angekündigt, wollen wir neben der mikroskopischen Beschreibung , die wir in der statistischen Physik bzw. der kinetischen Gastheorie kurz beleuchtet haben, auch den makroskopischen Aspekt der Wärmelehre behandeln: die Thermodynamik. Diese beschäftigt sich mit der Untersuchung von Zustandsparametern, deren Charakter wir im Laufe des Kapitels noch genauer definieren müssen. Zunächst betrachten wir einen Zustandsparameter, den wir schon kennengelernt haben: die Wärme.
Wärme (die), deren Wirkung wir z.B. empfinden, wenn wir uns der Sonne aussetzen, in ein geheiztes Zimmer treten oder am Zerfließen von über glühende Kohlen gebrachtem Wachse, Blei, sowie bei vielen anderen allgemein bekannten Erscheinungen täglich wahrnehmen, ist ihrer eigentlichen Beschaffenheit nach zur Zeit n[o]ch nicht ergründet. Der jetzt gewöhnlichen Annahme zufolge liegt ihren Wirkungen ein ähnlicher feiner Stoff oder eine Materie wie denen des Lichts zum Grunde, der daher als Wärmestoff oder Wärmematerie bezeichnet worden ist. Dieser muthmaßliche Stoff ist so feiner Art, daß er nicht ins Gewicht fällt und daher ein Körper kalt und warm gleichviel wiegt. Auch nicht eingeschlossen kann er erhalten werden, indem kein Körper für die Wärme undurchdringlich ist. Alle Körper werden durch sie ausgedehnt, am meisten die luftförmigen. Sie kann feste Körper in tropfbarflüssigen Zustand, tropfbarflüssige in luftförmige verwandeln, wobei nicht blos ihre ausdehnende Kraft wird, indem manche Körper im festen Zustand umfänglicher als im tropfbaren sind, und bringt in Bezug auf Beförderung und Behinderung chemischer Vorgänge eine Menge bemerkenswerte Wirkungen hervor...
Einige Phänomene, z.B. Mischversuche, ließen sich mit dieser Theorie gut erklären, andere hingegen, wie z.B. die Änderung des Aggregatzustandes bei konstanter Temperatur, warfen Zweifel an dieser Theorie auf.
Die Folge dieser Annahme bis Mitte des vorherigen Jahrhunderts waren zwei Erhaltungssätze: Wärmemenge und Energie in einem abgeschlossenen System wurden als konstant angenommen.
Erhaltungssatz für Wärmestoff
Erhaltungssatz für mechanische Energie
Den Durchbruch auf diesem Gebiet der Wissenschaft verdanken wir der Kriegsindustrie:
B. Thompson stellte im Jahr 1798 bei Ausbohren von Kanonenrohren fest, daß erhebliche Wärmemengen entstehen. Daraus folgerte er, daß die postulierte Nichterschaffbarkeit des Wärmestoffs nicht richtig sein kann und daß vielmehr Wärme durch mechanische Arbeit erzeugt werden kann. Nachdem die ersten Überlegungen existierten, daß Wärme kein Stoff sein könne, fand der Heilbronner Arzt J.R. Mayer (1817 - 1878) bald heraus, daß Wärme eine Form von Energie sein muß. 1842 bestimmte er erstmalig aus den bekannten Gasgesetzen das Umrechnungsverhalten zwischen mechanischer Energie und Wärmeenergie.
Unabhängig von dieser Überlegung fand der Engländer J.P. Joule (1818 - 1889)durch eine Versuchsreihe in den Jahren 1840 - 1849 verschiedene gesetzmäßige Beziehungen zwischen Mechanik und Wärme.
Ebenfalls in Eigenleistung fand nahezu zeitgleich H.v.Helmholtz (11821 - 1894), daß mechanische Arbeit W und Wärme Q ineinander umwandelbar sind.
