Energieaustausch

Energieaustausch bezeichnet den Austausch von Energie zwischen Systemen oder zwischen einem System und seiner Umgebung. In der Thermodynamik umfasst er typischerweise Wärme und Arbeit. Mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ändert sich die innere Energie U eines Systems durch ΔU = Q − W, wobei Q die zugeführte Wärme und W die vom System verrichtete Arbeit ist (je nach Konvention kann das Vorzeichen anders interpretiert werden).

Wärme ist der Energiefluss aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen System und Umgebung; Arbeit ist Energie, die durch Kräfte an dem System verrichtet oder von ihm verrichtet wird. Wärme kann durch Leitung, Konvektion oder Strahlung übertragen werden; Arbeit entsteht vor allem durch Volumenänderungen (PV-Arbeit) oder mechanische Bewegungen.

Der Energieaustausch erfolgt so lange, wie Differenzen bestehen. In idealisierten, reversiblen Prozessen ist der Austausch langsam und ohne Entropieverlust; realweltliche Vorgänge sind jedoch oft irreversibel und erhöhen die Entropie.

Technische Anwendungen umfassen Wärmetauscher, Heiz- und Kühlsysteme, Kraftwerke, industrielle Prozesse, Solarthermie und Batterien. Die Größen zur Beschreibung sind Wärmeleistung Q̇ (W), Arbeit Ẇ (W) sowie Energiemengen E (J).

Energieaustausch ist eine zentrale Grundlage für Energieeffizienz, Thermodynamik und die Gestaltung von Energiesystemen.