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Aus der Neuen Solidarität Nr. 22-23/2006 |
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Zu "Was ist Wärme?" von Caroline Hartmann, Teil I & Teil II, Neue Solidarität Nr. 17/2006 und Nr. 18/2006.
Wärme ist die kinetische Energie bewegter Teilchen (Atome, Moleküle). Das verspricht Ihr Beitrag zu widerlegen: "Warum die Natur keine Disco ist." "Da bin ich aber neugierig, was Wärme dann ist", dachte ich mir und begann sorgfältig zu lesen.
Da kommt auch schon die erste Infragestellung: Warum schmilzt H2O bei 0°C, Fe bei 1535°C, Hg bei -38,8°C? "...die Teilchen müßten sich doch ebenso schnell bewegen können?" Ich verstehe nicht, wie das die "Disco" in Frage stellen soll? Verschiedene Stoffe bestehen doch aus verschiedenen Teilchen und verhalten sich deshalb verschieden. Aber auf jeden Fall haben die Teilchen immer bei höherer Temperatur höhere kinetische Energie und bei niedrigerer Temperatur niedrigere kinetische Energie.
Die nächste Frage: Warum kann Wasser nicht wärmer als 100°C werden? Warum eigentlich nicht, das hängt doch nur vom Umgebungsdruck ab, wann eine Flüssigkeit zwischen Schmelzpunkt und "absolutem Siedepunkt" in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Selbstverständlich bewegen sich die Teilchen der Flüssigkeit bei höherer Temperatur mehr, daran besteht doch gar kein Zweifel. Nur ist es so, daß eine Flüssigkeit irgendwann bei Temperaturerhöhung verdampft. Die Temperatur kann deshalb nicht weiter steigen. Das scheinbare Verharren beim Schmelzpunkt ist deshalb zu beobachten, weil der Dampf dem Wasser erstmal Wärme entzieht (die "spezifische Verdampfungswärme" bei Wasser 539 kcal/kg), und die muß man dem Wasser wieder nachführen. Wo gibt es da Unklarheiten?
Die dritte Frage: Warum erhitzen 200g 100°C warme Fe-Späne eine gleiche Menge Wasser nicht gleich stark wie 200g 100°C warmes Wasser? Das ist doch ganz klar, weil die spezifische Wärme von Fe nur 0,12 cal/g/grd beträgt, und die von Wasser 1,0 cal/g/grd.
Eine Frage drängt sich bei diesem Experiment aber auf. Warum sind die spezifischen Wärmen der Stoffe nicht einfach proportional zu den Dichten d = m / V der Stoffe, wenn W = (m x v2) / 2 ist? Diese Frage stellten Sie aber nicht, und die Antwort fand ich im Artikel auch nicht.
Etwas später schreiben Sie: "Torricelli befestigte an seinem Haus eine Röhre, die über 32 Fuß hoch reichte und mit Quecksilber gefüllt war". Das ca. 10 m (32 Fuß) hohe Meßrohr an Torricellis Haus war nicht mit Quecksilber gefüllt, sondern mit Wasser. Die Quecksilbersäule ist bei Luftdruck ca. 760 mm hoch, daher Luftdruckangaben wie 760 Torr (von Torricelli, = mm HG-Säule). Ein Quecksilberbarometer hatte Torricelli auch.
Im zweiten Teil lese ich dann: "... - denn das Newtonsche Gravitationsgesetz kann die Planetenbewegung nicht beschreiben, es scheitert schon bei der Berechnung von mehr als zwei Himmelskörpern ..." Oh je, oh je, wie beschleunigen dann Raketen, und wie fliegen Sonden durchs Planetensystem? Walten da "höhere Gesetzmäßigkeiten"?
Zum Versuch mit der Natriumacetat-Trihydrat-Lösung erklären Sie: "Ganz im Gegensatz zur mechanistischen Theorie wird hier also der Stoff nicht wärmer, wenn die Teilchen sich schneller bewegen (also bei der Auflösung des Kristalls), sondern umgekehrt dann, wenn sie sich wieder an Ort und Stelle im Kristallgitter begeben."
Sie haben übersehen, daß es sich bei der wässrigen Lösung um zwei Stoffe handelt. Wenn das Salz kristalliert, geben die Teilchen ihre kinetische Energie ab und erwärmen dadurch das Wasser. Wenn das Salz wieder in Lösung gehen soll, muß es kinetische Energie aufnehmen und kühlt dabei natürlich das Wasser ab, wenn es diese Energie dem Wasser entzieht. Dieser Vorgang läßt sich also mechanistisch einwandfrei erklären.
Ich verstehe Ihren Artikel als eine Ehrung des Naturforschers Julius Robert Mayer. Seine Leistung war die Erstberechnung des mechanischen Wärmeäquivalents, wie ich aus Ihrem Artikel gelernt habe. Doch alle weiteren Leistungen überzeugen mich nicht, ich halte es für nebelhafte Philosophiererei. Schon die Verwendung des Begriffes Kraft für Energie scheint zu seiner Zeit nicht klar getrennt worden zu sein.
Ich bin auch mit den Lebensläufen aller anderen in Ihrem Artikel genannten Forscher nicht sehr vertraut. Nur mit den von ihnen entdeckten Naturgesetzen und den nach ihnen benannten Einheiten. So ist mir z.B. nicht bekannt, daß Helmholtz ein Plagiator gewesen sein soll.
Sie zitieren Helmholtz: "..., die Naturerscheinungen zurückzuführen auf unveränderliche, anziehende und abstoßende Kräfte, deren Intensität von der Entfernung abhängt." Ich halte diesen Satz für den bedeutendsten und richtungsweisendsten in Ihrem ganzen Artikel, auch wenn Sie es anders gemeint haben. Treffender kann man den Aufbau der Elementarteilchen nicht beschreiben, und das wahrscheinlich Jahrzehnte vor den ersten Forschungsergebnissen auf diesem Gebiet. Ich halte somit Helmholtz für einen verdienstvolleren Wissenschaftler als Julius Robert Mayer.
Stefan Oswald, Elektrotechniker
Da es das Ziel meines Artikels war, Menschen zum Nachdenken über die Naturvorgänge anzuregen, habe ich mich sehr über Ihren Brief gefreut. Und Ihr Hinweis, daß Torricellis Barometer mit Wasser gefüllt war, trifft natürlich zu. Er schloß aus seinen Versuchen auf das Phänomen des Luftdrucks. Er baute aber nicht selber ein echtes Barometer, sondern teilte diese Idee (und auch den Vorschlag, daß sich Quecksilber besser eignet als Wasser) seinem Freunde Viviani mit, der dann das Gerät baute. Doch nun zum Methodischen:
Ich wollte meine Ausführungen bewußt einfach und allgemein verständlich halten, anstatt zu "fachsimpeln". Deshalb wählte ich auch den Ausdruck "Disco", weil die mechanistische Fraktion (mit Helmholtz als Sprachrohr) die Wärme-, elektrischen und magnetischen Kräfte allein auf Anziehungs- und Abstoßungskräfte reduzieren will, die nur vom Abstand der Teilchen abhängen. Und das ist einfach falsch.
In Ihren Einwänden beschreiben Sie die gleichen Phänomene nur in den heute üblichen Fachausdrücken, z.B. die Tatsache der unterschiedlichen spezifischen Wärme. Die Frage des "Warum?" bleibt jedoch bestehen, egal, ob man sie mit oder ohne Fachausdruck beschreibt. Ebenso die "kinetische Energie". Die Erfindung der Begriffe "kinetische" und "potentielle" Energie liefert keine weitere Erklärung. Die Fragen bei der Auflösung eines Kristalls, warum z.B. die Flüssigkeit nicht wärmer wird, obwohl sich doch die Teilchen schneller bewegen, bleiben ungeklärt. Mir ging es eben nicht darum, die "Disco" zu erklären, sondern vielmehr darum aufzuzeigen, daß die mechanistische Theorie einiges nicht erklärt.
Daß bestimmte Phänomene (wie z.B. die unterschiedliche Fähigkeit, Wärme aufzunehmen und abzugeben) eben nicht hinreichend durch die unterschiedliche Dichte, Masse oder andere Stoffeigenschaften zu erklären waren, habe ich erwähnt. Der beste Gegenbeweis gegen die rein mechanistische Theorie sind jedoch die "Unregelmäßigkeiten" in der Natur, z.B. die Anomalie des Wassers, dessen Volumen sich bei Erwärmung nach dem Schmelzen bis ca. 4°C verringert, sich bei höheren Temperaturen jedoch wieder ausdehnt.
Noch kurz zum Gravitationsgesetz: Ich muß Sie leider enttäuschen, aber es ist wirklich so: Nur bei Berechnungen für zwei Körper (z.B. Erde/Mond oder Erde/Mars) ist diese Differentialgleichung zweiten Grades lösbar. Und zwar durch die Keplerschen Gleichungen. Aber schon bei drei Körpern ist die Gleichung nicht mehr lösbar. In der Raumfahrt berechnet man die Bahnen nur numerisch, in kleinen Zeitabständen, per Computer. Es gibt keine Bahngleichung für die gesamte Bahn für mehr als zwei Körper (z.B. Erde, Mond, Satellit oder Rakete, Sonne).
Caroline Hartmann
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