Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik

Zusammenfassung

Die Erkenntnis der Äquivalenz von Wärme und mechanischer Energie geht auf die Arbeiten von verschiedenen Forschern zurück (Sadi Carnot, Robert Mayer und James Joule 1840–1850). Das von Joule erdachte Experiment sieht folgendermaßen aus. Ein Gewicht treibt einen Wasserquirl an und verliert dadurch (Bild 2) an Höhe. Das gesamte System sei als Ganzes abgeschlossen, d. h., es kann weder Energie noch Wärme mit seiner Umgebung austauschen. (Daß die Schwerkraft von außen kommt, spielt dabei keine Rolle. Man könnte sie z. B. durch eine Feder ersetzen.) Das würde aber bedeuten, daß sowohl die Energie als auch die Wärme (falls Wärme für sich eine Erhaltungsgröße wäre) während des Versuches konstant bleiben müßten. Dies ist aber nicht der Fall. Vor dem Sinken des Gewichtes (G) war die potentielle Energie E_p = Gh = A und nachher ist sie Null. Umgekehrt ist nach dem Sinken des Gewichtes der Wärmeeinhalt um Q größer, wie das Experiment zeigt. Dies sind die einzigen Veränderungen, die das System erfährt.