Wärmekapazität

Die Wärmekapazität ist ein Begriff aus der Thermodynamik und bezeichnet das Vermögen eines Körpers, Energie in Form von Wärme zu speichern. Sie wird i.A. durch das Symbol C dargestellt. Per Definitionem gibt C die Wärmememenge Q (in Joule) an, welche dem Körper zugeführt werden muss, um eine Erwärmung um eine Einheit der Temperatur T (in Kelvin) zu erreichen:

Dabei ist es wichtig, dass der Prozess der Erwärmung quasi-statisch, d.h.

sehr langsam erfolgt, so dass während des Prozesses irreversible Erscheinungen keine wesentliche Rolle spielen. Präziser sollte man deshalb von der Gleichgewichtswärmekapazität sprechen.

Im allgemeinen spielen die äußeren Bedingungen, unter denen der Körper erwärmt wird, wie konstanter Druck oder konstantes Volumen, eine Rolle. Bei konstantem Druck wird beispielsweise gleichzeitig Arbeit in Form der thermischen Ausdehnung des Körpers geleistet, was zu einer grösseren Wärmeaufnahme pro Temperatureinheit führt (auf Grund der Energieerhaltung). Man unterscheidet deshalb die Wärmekapazität für konstantes Volumen

Ist der Körper physikalisch homogen, so macht es Sinn, die Wärmekapazität pro Masseneinheit (oder Stoffeinheit) anzugeben, welche dann als spezifische Wärmekapazität c bezeichnet wird.

Die physikalische Einheit der Wärmekapazität ergibt sich aus ihrer Definition als (J/K), die der spezifischen Wärmekapazität je nach bezogener Stoffeinheit als (J/(K*kg)) oder (J/(K*mol)) o. ä.

Negative Kapazität (Sterne)

Die meisten physikalischen Systeme zeigen eine positive Wärmekapazität. Auch wenn das Gegenteil zunächst absurd erscheint, können Systeme auch eine negative Wärmekapazität aufweisen. Dazu zählen gravitierende Objekte (z.B. kollabierende Sterne, die sich beim Zusammenziehen (innere Energie verringert sich) erhitzen, oder sehr kleine Syteme (Cluster) aus einigen hundert Atomen nahe an einer Phasenumwandlung. Diese merkwürdige Eigenschaft steht im Zusammenhang mit der thermodynamischen Stabilität. Nur Systeme mit einer positiven Wärmekapazität können im thermodynamischen Sinne als stabil (und damit auch als extensiv) betrachtet werden.

Siehe auch

Wärmeleitkoeffizient