Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 7-8, G-Niveau

Wärmekapazität - Physik

Einleitung

Die Wärmekapazität beschreibt, wie viel Wärmeenergie ein Körper aufnehmen muss, damit seine Temperatur steigt. Ein großer Topf Wasser braucht mehr Energie zum Erwärmen als eine kleine Tasse Wasser. Außerdem erwärmen sich verschiedene Stoffe unterschiedlich schnell. Genau diese Unterschiede untersuchst Du mit der Wärmekapazität und der spezifischen Wärmekapazität.

Die Grafik zeigt: Zugeführte Wärme kann die Temperatur erhöhen. Bei einem Phasenübergang wird Energie jedoch auch zum Schmelzen oder Verdampfen benötigt.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität unterscheiden, die Formeln anwenden, einfache Versuche auswerten und Beispiele aus Alltag und Technik erklären.

Grundlagen

Wärme und Temperatur

Temperatur gibt an, wie warm oder kalt ein Körper ist. Wärme ist Energie, die wegen eines Temperaturunterschieds übertragen wird. Wärme fließt ohne zusätzliche Arbeit vom wärmeren zum kälteren Körper, bis sich die Temperaturen annähern.

Wärmekapazität eines Körpers

Die Wärmekapazität $C$ ist das Verhältnis aus zugeführter Wärmemenge $Q$ und Temperaturänderung $Δ T$ :

$C = \frac{Q}{Δ T}$

Daraus folgt:

$Q = C \cdot Δ T$

Die Einheit lautet:

$[C] = \frac{J}{K}$

Eine Wärmekapazität von $500 J / K$ bedeutet: Der gesamte Körper benötigt ungefähr $500 J$ , damit sich seine Temperatur um $1 K$ erhöht.

Spezifische Wärmekapazität

Die spezifische Wärmekapazität $c$ bezieht die Wärmekapazität auf die Masse. Für einen bestimmten Aggregatzustand und Temperaturbereich ist sie eine Stoffeigenschaft. Sie gibt an, wie viel Energie nötig ist, um $1 k g$ eines Stoffes um $1 K$ zu erwärmen:

$c = \frac{Q}{m \cdot Δ T}$

Die zentrale Formel lautet:

$Q = m \cdot c \cdot Δ T$

Zwischen beiden Größen gilt:

$C = m \cdot c$

Größen und Einheiten

Größe	Formelzeichen	Einheit	Bedeutung
Wärmemenge	$Q$	Joule $J$	übertragene Energie
Wärmekapazität	$C$	$J / K$	Eigenschaft eines ganzen Körpers
Spezifische Wärmekapazität	$c$	$J / (k g \cdot K)$	auf die Masse bezogene Stoffeigenschaft
Masse	$m$	Kilogramm $k g$	Menge des Stoffes
Temperaturänderung	$Δ T$	Kelvin $K$	Differenz aus End- und Anfangstemperatur

Für Temperaturdifferenzen gilt: Eine Änderung um $1 K$ ist zahlenmäßig genauso groß wie eine Änderung um $1^{\circ} C$ .

Vergleich einiger Stoffe

Die Werte gelten näherungsweise bei Raumtemperatur.

Stoff	Spezifische Wärmekapazität in $k J / (k g \cdot K)$	Beobachtung
Wasser	4,18	erwärmt und kühlt vergleichsweise langsam
Aluminium	0,90	erwärmt sich deutlich schneller als Wasser
Glas	etwa 0,80	mittlere Wärmespeicherung
Eisen	etwa 0,45	geringe spezifische Wärmekapazität
Kupfer	etwa 0,39	erwärmt sich bei gleicher Masse schnell

Wasser besitzt im Vergleich zu vielen Metallen eine hohe spezifische Wärmekapazität. Deshalb kann es viel Energie aufnehmen, ohne dass seine Temperatur sofort stark steigt.

Rechnen mit der Wärmekapazität

Beispielrechnung

$0,50 k g$ Wasser werden von $20^{\circ} C$ auf $50^{\circ} C$ erwärmt.

$Δ T = 50^{\circ} C - 20^{\circ} C = 30 K$

Mit $c_{W a s s e r} = 4,2 k J / (k g \cdot K)$ ergibt sich:

$Q = m \cdot c \cdot Δ T$

$Q = 0,50 k g \cdot 4,2 k J / (k g \cdot K) \cdot 30 K = 63 k J$

Es werden also ungefähr $63 k J$ Wärmeenergie benötigt.

Formel umstellen

Je nach gesuchter Größe verwendest Du:

$Q = m \cdot c \cdot Δ T$

$c = \frac{Q}{m \cdot Δ T}$

$m = \frac{Q}{c \cdot Δ T}$

$Δ T = \frac{Q}{m \cdot c}$

Merke: Prüfe vor jeder Rechnung, ob die Masse in Kilogramm und die Energie in passenden Einheiten eingesetzt werden.

Experimentelle Bestimmung

Elektrisches Erwärmen

Bei einem Schulversuch wird eine bekannte Wassermasse mit einem elektrischen Heizer erwärmt. Die zugeführte elektrische Energie kann näherungsweise mit $Q = P \cdot t$ berechnet werden. Dann gilt:

$c = \frac{P \cdot t}{m \cdot Δ T}$

Ein Kalorimeter soll den Wärmeaustausch mit der Umgebung möglichst klein halten.

Versuchsaufbau: Fülle eine bekannte Wassermasse in ein gut isoliertes Gefäß und miss die Anfangstemperatur.
Energiezufuhr: Erwärme das Wasser mit bekannter Leistung für eine gemessene Zeit.
Temperaturmessung: Rühre vorsichtig und bestimme die Endtemperatur.
Auswertung: Berechne $Δ T$ , $Q$ und anschließend $c$ .
Sicherheit: Arbeite mit heißem Wasser und elektrischen Geräten nur unter Aufsicht.

Messfehler und Wärmeverluste

In einem realen Versuch gelangt nicht die gesamte Energie in die Probe. Ein Teil erwärmt das Gefäß, den Heizer und die Umgebung. Auch ungenaues Ablesen, fehlendes Rühren oder Verdunstung verändern das Ergebnis.

Eine bessere Isolierung, ein Deckel, gleichmäßiges Rühren und mehrere Messungen verringern die Unsicherheit.

Phasenübergänge

Die Formel $Q = m \cdot c \cdot Δ T$ beschreibt eine Temperaturänderung innerhalb eines Aggregatzustands. Beim Schmelzen oder Sieden kann Energie aufgenommen werden, obwohl die Temperatur während des Übergangs annähernd konstant bleibt. Dann muss zusätzlich die Schmelzwärme oder Verdampfungswärme berücksichtigt werden.

Das historische Eiskalorimeter zeigt, dass Wärme auch über die Menge geschmolzenen Eises bestimmt werden kann.

Bedeutung im Alltag und in der Technik

Gewässer: Wasser speichert viel Wärme und dämpft schnelle Temperaturänderungen.
Heizung: Wasser transportiert in vielen Heizsystemen Wärme vom Wärmeerzeuger zu den Räumen.
Kochen: Metalltöpfe reagieren schneller auf Wärmezufuhr als ihr Wasserinhalt.
Klima: Meere können große Energiemengen aufnehmen und beeinflussen das regionale Klima.
Werkstoffe: Die Wärmekapazität ist bei der Auswahl von Speichermaterialien und Kühlkörpern wichtig.

Technische Kalorimeter bestimmen Wärmemengen über sorgfältig gemessene Temperaturänderungen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt die Wärmekapazität eines Körpers? (Die benötigte Energie pro Temperaturänderung) (!Die Temperatur des Körpers) (!Die Masse pro Volumen) (!Die abgegebene Leistung pro Zeit)

Welche Einheit hat die Wärmekapazität? (Joule pro Kelvin) (!Joule pro Kilogramm) (!Kelvin pro Sekunde) (!Watt pro Meter)

Welche Größe ist eine Stoffeigenschaft? (Die spezifische Wärmekapazität) (!Die Masse des Körpers) (!Die gesamte Wärmekapazität) (!Die zugeführte Wärmemenge)

Welche Formel berechnet die zum Erwärmen benötigte Wärmeenergie? (Q gleich m mal c mal Delta T) (!Q gleich m durch c mal Delta T) (!Q gleich c durch m mal Delta T) (!Q gleich m mal c durch Delta T)

Was bedeutet ein großer Wert der spezifischen Wärmekapazität? (Für dieselbe Temperaturerhöhung ist viel Energie nötig) (!Der Stoff hat immer eine hohe Temperatur) (!Der Stoff besitzt eine besonders große Dichte) (!Der Stoff leitet Wärme besonders schnell)

Wie groß ist eine Temperaturänderung von 10 Grad Celsius in Kelvin? (10 Kelvin) (!0 Kelvin) (!263 Kelvin) (!283 Kelvin)

Was gilt für die Wärmekapazität eines homogenen Körpers? (C gleich m mal c) (!C gleich m durch c) (!C gleich c durch m) (!C gleich Q mal Delta T)

Warum wird ein Kalorimeter isoliert? (Damit möglichst wenig Wärme an die Umgebung verloren geht) (!Damit das Wasser schneller verdampft) (!Damit die Masse des Stoffes größer wird) (!Damit das Thermometer keine Temperatur anzeigt)

Was geschieht bei gleicher Energiezufuhr mit einem Stoff hoher spezifischer Wärmekapazität? (Seine Temperatur ändert sich weniger stark) (!Seine Masse nimmt stark ab) (!Seine Temperatur bleibt immer exakt gleich) (!Seine Dichte wird null)

Warum reicht die Formel Q gleich m mal c mal Delta T beim Schmelzen allein nicht aus? (Weil Energie aufgenommen wird, ohne dass die Temperatur während des Übergangs steigt) (!Weil beim Schmelzen keine Energie übertragen wird) (!Weil die Masse grundsätzlich verschwindet) (!Weil Kelvin nicht verwendet werden darf)

Memory

Wärmekapazität	Energiebedarf eines ganzen Körpers pro Kelvin
Spezifische Wärmekapazität	Auf ein Kilogramm bezogene Stoffeigenschaft
Wärmemenge	Übertragene Energie
Temperaturdifferenz	Endtemperatur minus Anfangstemperatur
Kalorimeter	Möglichst gut isoliertes Messgefäß
Joule	Einheit der Energie
Kelvin	Einheit der Temperaturdifferenz

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Joule	Wärmemenge
Joule pro Kelvin	Wärmekapazität
Joule pro Kilogramm und Kelvin	Spezifische Wärmekapazität
Kilogramm	Masse
Kelvin	Temperaturdifferenz

...

Kreuzworträtsel

Kalorimeter	Wie heißt ein möglichst gut isoliertes Gefäß zur Wärmemessung?
Temperatur	Welche Größe zeigt an, wie warm oder kalt ein Körper ist?
Energie	Welche physikalische Größe wird beim Erwärmen übertragen?
Wasser	Welcher alltägliche Stoff besitzt eine vergleichsweise hohe spezifische Wärmekapazität?
Kelvin	Welche Einheit wird für Temperaturdifferenzen verwendet?
Isolierung	Was verringert den Wärmeaustausch mit der Umgebung?

LearningApps

Lückentext

Die Wärmekapazität eines Körpers trägt das Formelzeichen

. Ihre SI-Einheit ist Joule pro

. Die spezifische Wärmekapazität wird mit dem Buchstaben

bezeichnet. Sie bezieht sich auf die

eines Stoffes. Die benötigte Wärmemenge wächst mit der Temperaturdifferenz

. Wasser besitzt im Vergleich zu vielen Metallen eine

spezifische Wärmekapazität. Ein gut isoliertes Messgefäß heißt

. Bei einem Phasenübergang kann Energie aufgenommen werden, obwohl die Temperatur vorübergehend

bleibt.

Offene Aufgaben

Leicht

Begriffsnetz Wärmekapazität: Gestalte ein Begriffsnetz aus Wärme, Temperatur, Energie, Masse, Wärmekapazität und spezifischer Wärmekapazität.
Alltagsbeobachtung: Beschreibe zwei Situationen, in denen Wasser langsamer warm oder kalt wird als ein Metallgegenstand.
Formelkarte: Erstelle eine Lernkarte mit $Q = m \cdot c \cdot Δ T$ , den Einheiten und einer kurzen Erklärung.
Medienanalyse: Wähle ein Bild oder Video aus diesem aiMOOC und erkläre, welche Aussage zur Wärmekapazität es veranschaulicht.

Standard

Messreihe: Miss unter Aufsicht die Temperatur von warmem Wasser beim Abkühlen und stelle die Werte in einem Diagramm dar.
Stoffvergleich: Vergleiche die Erwärmung gleicher Massen von Wasser und Sand mit einer sicheren Wärmequelle.
Fehleranalyse: Untersuche, welche Wärmeverluste bei einem einfachen Kalorimeter auftreten, und schlage Verbesserungen vor.
Erklärvideo: Produziere ein ein- bis zweiminütiges Video, das Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität unterscheidet.

Schwer

Kalorimetrieprojekt: Bestimme experimentell die spezifische Wärmekapazität einer Flüssigkeit und gib eine Messunsicherheit an.
Energiespeicher: Vergleiche Wasser, Beton und Metall als Wärmespeicher für ein Gebäude.
Modellkritik: Prüfe, wann die Formel $Q = m \cdot c \cdot Δ T$ nicht ausreicht, und begründe dies an Phasenübergängen.
Interview Energieberatung: Befrage eine Fachperson zur Rolle thermischer Speicher in Heizsystemen und werte die Aussagen physikalisch aus.

Lernkontrolle

Zusammenhang von Masse und Wärmekapazität: Zwei Körper bestehen aus demselben Stoff, einer hat die doppelte Masse. Erkläre, wie sich ihre Wärmekapazitäten unterscheiden.
Vergleich zweier Stoffe: Gleiche Massen Wasser und Kupfer erhalten dieselbe Wärmeenergie. Begründe, welcher Stoff die größere Temperaturänderung zeigt.
Versuchsplanung: Plane einen Versuch zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität eines Metallkörpers und benenne drei Fehlerquellen.
Diagrammauswertung: Erkläre, wie Du aus einem Diagramm von Temperatur gegen zugeführte Energie auf eine große oder kleine Wärmekapazität schließt.
Alltagstransfer: Begründe, warum Wasser in einer Wärmflasche länger warm bleibt als ein gleich schweres Metallstück mit derselben Anfangstemperatur.
Modellgrenze: Erkläre, warum beim Sieden trotz Energiezufuhr die Temperatur zunächst kaum steigt und welche zusätzliche Größe benötigt wird.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

Begriffe unterscheiden: Wärme, Temperatur, Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität korrekt unterscheidest.
Formeln anwenden: $C = \frac{Q}{Δ T}$ und $Q = m \cdot c \cdot Δ T$ sicher verwendest.
Einheiten prüfen: Joule, Kilogramm und Kelvin passend einsetzt.
Experimente auswerten: Messwerte, Diagramme und Fehlerquellen nachvollziehbar beurteilst.
Zusammenhänge erklären: den Einfluss von Masse, Stoffart und Temperaturänderung beschreibst.
Transfer leisten: Anwendungen in Alltag, Klima, Heizung oder Technik physikalisch begründest.

OERs zum Thema

Weiterführende freie Informationen: Wärmekapazität, Spezifische Wärmekapazität, Kalorimeter und Wärmelehre.

Verknüpfte Lernbereiche

Wärmekapazität - Physik

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.