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Die innere Energie

Ein kalter Tank Benzin speichert mehr Energie als eine glühende Flamme — nur sieht man es ihm nicht an.

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Was in einem Stoff steckt

Jeder Stoff speichert Energie in seinen Teilchen — zusammen heißt sie innere Energie.

  • System:der betrachtete Stoff oder das Reaktionsgemisch, z. B. der Inhalt eines Reagenzglases.
  • Umgebung:alles außerhalb des Systems — Glaswand, Luft, Labor.
  • Innere Energie \(U\):die gesamte im System gespeicherte Energie.
  • Kernenergie:steckt in den Atomkernen; bleibt bei chemischen Reaktionen unverändert.
  • Chemische Energie:steckt in Bindungen und Elektronenhüllen; ändert sich, wenn Bindungen gespalten und neu geknüpft werden.
  • Thermische Energie:Bewegungsenergie der Teilchen (Fliegen, Drehen, Schwingen); steigt mit der Temperatur.
Merke

Innere Energie: \(U = E_{\text{Kern}} + E_{\text{chem}} + E_{\text{therm}}\)

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Nur Änderungen zählen

Den Wert von \(U\) kennt niemand — messbar ist nur, um wie viel sich \(U\) bei einem Vorgang ändert.

  • Änderung:\(\Delta U = U_{\text{nachher}} - U_{\text{vorher}}\)
  • \(\Delta U > 0\):Das System hat Energie aus der Umgebung aufgenommen.
  • \(\Delta U < 0\):Das System hat Energie an die Umgebung abgegeben.
  • \(\Delta U = 0\):Energie wurde im System nur umgewandelt, z. B. chemische in thermische Energie.
  • Energieerhaltung:Energie entsteht nicht neu und geht nicht verloren. „Energieverlust“ heißt fachlich: Energie wurde an die Umgebung abgegeben.
Merke

Änderung der inneren Energie: \(\Delta U = U_{\text{nachher}} - U_{\text{vorher}}\)

Wähle einen Vorgang und ziehe die Säule „nachher“ auf die Säule „vorher“ (oder Punkt anwählen und Pfeiltasten). Erst in der Überlagerung wird \(\Delta U\) sichtbar.

Innere Energie vorher und nachher

Halte fest: Bei einer Reaktion wird chemische in thermische Energie umgewandelt (oder umgekehrt) — \(U\) ändert sich erst, wenn Energie die Grenze zur Umgebung überquert.

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Allgemeine Hinweise

U ist kein Messwert

Für die innere Energie gibt es kein Messgerät. Gemessen wird immer nur ihre Änderung, z. B. über die Temperatur der Umgebung.

Kernenergie bleibt außen vor

Bei chemischen Vorgängen bleiben die Atomkerne unverändert — in Energiebilanzen der Chemie taucht die Kernenergie deshalb nie auf.

Temperatur ist nicht U

Die Temperatur zeigt nur die thermische Energie an. Ein kalter Stoff kann in seinen Bindungen viel chemische Energie gespeichert haben.

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