Wärmelehre

Wärmelehre

Was ist Wärmelehre und kann man das studieren?

Was meint „Wärmelehre“ eigentlich?

Die Naturwissenschaft bildet eine der bedeutungsvollsten Grundlagen unserer Betrachtungsweise der Welt. Sie gibt uns einen Eindruck darüber, was die Welt im Innersten zusammenhält, um es mit Goethes Worten zu sagen. Von großer Wichtigkeit ist es, die natürlichen Vorgänge zu verstehen, weitere Fortschritte in der Forschung zu machen und damit der Menschheit zu ermöglichen, für sich selbst zu sorgen. Eine der grundlegendsten Eindrücke von Natur und Umwelt, welche wir schon als Baby wahrnehmen können, ist die Temperatur.

Wärmelehre ist die deutsche Bezeichnung für den aus dem Griechischen stammenden Begriff der Thermodynami , abgeleitet von thermos für Wärme und dynamis für Kraft. An dieser antiken Abstammung lässt sich ablesen, wie lange die Menschheit sich schon Gedanken über die Auswirkungen und besonders die vorteilige Nutzung der Temperatur macht. Physiker*innen befassen sich wie der Name schon zu erkennen gibt, in diesem Teilgebiet mit der Energieform Wärme und dessen Potenzial. Die wichtigsten Erkenntnisse in der Wärmelehre gewann man während der Entwicklung der Dampfmaschine und dem damit verbundenen Beobachtungen über Volumen-, Druck- und Temperaturverhältnissen. Mithilfe der Thermodynamik lassen sich Aussagen darüber treffen, warum und unter welchen Bedingungen gewisse Prozesse ablaufen, aber nicht wie, denn sie ist eine makroskopische Theorie. Sie beschäftigt sich mit Größen wie Energie und Volumen und ist Voraussetzung mikroskopischer Betrachtungen der Vorgänge in der statistischen Physik. Heutzutage sind die Anwendungsgebiete der Thermodynamik sehr vielfältig. Von der Astrophysik über die Chemie und Medizintechnik bis hin zur Geologie kommen die Erkenntnisse immer häufiger zum Einsatz und die Wärmelehre gewinnt immer mehr einen interdisziplinären Charakter. Die Basis für die gesamte Wissenschaft hinter der Thermodynamik sind vier formulierte Erfahrungssätze:

  • Der nullte Hauptsatz lautet: Bringt man zwei Körper verschiedener Temperatur genügend lange in Berührung, so gleichen sich ihre Temperaturen einander an.
  • Der erste Hauptsatz lautet: Wärme ist eine Form der Energie; sie kann in andere Energieformen umgewandelt werden und umgekehrt. In einem abgeschlossenen System bleibt die Summe aller Energiearten (mechanische, thermische, elektrische, magnetische, chemische Energie usw.) konstant.
  • Der zweite Hauptsatz lautet: Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen.
  • Der dritte Hauptsatz lautet: Der absolute Nullpunkt (0 K = -273,15 °C) ist prinzipiell nicht erreichbar.

Kann ich das studieren?

Eine Veranstaltung zum Thema Wärme erwartet dich aufgrund der interdisziplinären Bedeutung in mehreren Studiengängen im naturwissenschaftlichen Bereich. In einem Grundstudium der Physik ist es in jedem Fall enthalten, meist als Teil der experimentellen Physik in Form von praktischen Versuchen, um dich auf deinen späteren Arbeitsalltag vorzubereiten, aber auch schon früh als theoretisches Fach. Lehrveranstaltungen sind von dieser Grundausbildung mit den Grundbegriffen der Thermodynamik bis hin zu spezialisierten Vorlesungen im Masterstudium und sogar für Promovierende relevant. Solltest du eine Abschlussarbeit in diesem Bereich schreiben wollen, ist eine praktische Ausbildung im Rahmen des Studiums vorgesehen. Weitere Studiengänge, die sich mit Thermodynamik beschäftigen sind:

  • Nukleartechnik
  • Maschinenbau
  • Chemie
  • Bioingenieurwesen
  • Elektroingenieurwesen

An der Technischen Universität Darmstadt ist dieses Thema beispielsweise Teil des Moduls „Experimentalphysik“ am Anfang des Bachelorstudiums. Die Uni Kiel kombiniert die Wärmelehre mit den Grundlagen der Mechanik zu „Physik 1“. Die Technische Universität München widmet dem Bereich ganze eigene Module. An der Martin-Luther-Universität in Halle musst du in Form eines Praktikumkurses verschiedene Versuche zum Thema Wärmelehre durchführen. Zum Beispiel bestimmst du die spezifische Wärme von Flüssigkeiten oder die spezifische Wärmekapazität von drei verschiedenen Metallen. Seitenumbruch

Welche Inhalte erwarten mich, wenn ich Thermodynamik belege?

Die Inhalte einer Veranstaltung zum Thema Thermodynamik hängen ganz davon ab, in welchem Studiengang sie dir begegnen. Meist ist der Inhalt einer theoretischen Vorlesung jedoch sehr weit gefasst, wobei die umfassende Anwendbarkeit eine große Rolle spielt. Welchen Schwerpunkt die jeweilige Universität legt, findest du in den Modulbeschreibungen auf den Homepages.

In einem ingenieurswissenschaftlichen Studiengang wird vor allem der technische Aspekt der Thermodynamik beleuchtet. Hier geht es um die Anwendung in der Fahrzeug- und Prozesstechnik sowie der Raumfahrt und Energietechnik. Es werden die energetischen Umwandlungen im Bezug auf Wärme analysiert und Methoden der Vorhersage erforscht. Mit diesem Wissen kann der angehende Umweltingenieur beziehungsweise die angehende Umweltingenieurin ökologisch und ökonomisch nachhaltige Lösungen zur Optimierung entwickeln. Eine Verbindung mit den Themenbereichen der Fluidmechanik, der Wärme- und Stoffübertragung, der Akustik, der chemischen Reaktionskinetik sowie der Systemdynamik ist beispielsweise am Lehrstuhl der Thermodynamik an der Technischen Universität München vorgesehen.

Die Allgemeingültigkeit eröffnet ebenfalls die Tür für internationale Arbeit in ganzen Forschungsnetzwerken der Universitäten.

Tipps & Fazit

Das Thema Thermodynamik ist essenzieller Bestandteil naturwissenschaftlicher Forschung. Mit einem Verständnis über die Auswirkung von Temperatur lassen sich viele grundlegende Vorgänge erklären, welches in einem besonderen Rahmen für das chemische und physikalische Begreifen der Welt wichtig ist. Falls du dich durch diesen kurzen Einblick angesprochen fühlst, dann findest du auf den Websites der Universitäten noch viele weitere Informationen zu deren Angeboten. Für Tipps aus erster Hand kannst du dich zusätzlich bei Studierenden umhören, welche Erfahrungen sie bereits gemacht haben.

Du suchst hilfreiche Dokumente zum Thema?

Auf Studydrive findest du jede Menge Lernmaterialien, die dir bei der Kurs- oder Prüfungsvorbereitung helfen werden. Hier findest du Zusammenfassungen und Notizen, Lösungen zu vergangenen Prüfungen und Arbeitsblätter.