Alle Teilchen eines Körpers bewegen sich. Ihre Bewegungsenergie zusammen ist die thermische Energie des Körpers. Sie ist größer, wenn die Teilchen schneller sind (höhere Temperatur) und wenn es mehr Teilchen gibt. In einer Badewanne mit 40 °C warmem Wasser steckt viel mehr thermische Energie als in einer Tasse Tee mit 80 °C, obwohl der Tee heißer ist. Die Temperatur sagt nur, wie schnell die Teilchen im Durchschnitt sind.

Die Wärme $Q$ ist die thermische Energie, die wegen eines Temperaturunterschieds von einem Körper auf einen anderen übergeht. Sie wird in Joule gemessen. Ein Körper besitzt thermische Energie. Wärme gibt es nur als Übergang von einem Körper zum anderen.

Bringst du zwei Körper mit verschiedener Temperatur zusammen, tauschen sie Wärme aus, bis ihre Temperaturen gleich sind (Temperaturausgleich). Geht nichts an die Umgebung verloren, gilt die Energieerhaltung: Die Wärme, die der wärmere Körper abgibt, nimmt der kältere auf.

Das Temperatur-Zeit-Diagramm von Wasser kennst du: Beim Schmelzen und beim Sieden bleibt die Temperatur stehen, obwohl man weiter Energie zuführt. Die Energie wird gebraucht, um die Teilchen voneinander zu lösen. Beim Schmelzen lockert sich die feste Ordnung der Teilchen. Beim Verdampfen lösen sie sich ganz voneinander. Die Teilchen werden dabei nicht schneller, deshalb steigt die Temperatur nicht.

Die Energie, die ein Stoff beim Schmelzen aufnimmt, heißt Schmelzwärme, beim Verdampfen Verdampfungswärme. Beim Erstarren und beim Kondensieren gibt der Stoff genau diese Energie wieder ab. Für Wasser bei normalem Luftdruck gilt etwa:

Die Wärme $Q$ für die Masse $m$ in kg und den Wert $q$ aus der Tabelle in kJ je kg ist:

Eine Wärmekraftmaschine wandelt thermische Energie in Bewegungsenergie um. Das Prinzip: Ein heißes Gas steht unter hohem Druck und schiebt einen Kolben. Beispiele sind die Dampfmaschine und der Verbrennungsmotor. Ein Benzinmotor arbeitet im Viertakt. Jeder Takt ist eine Kolbenbewegung im Zylinder, dem Rohr, in dem der Kolben läuft:

Energiekette: chemische Energie des Benzins → thermische Energie des heißen Gases → Bewegungsenergie des Kolbens. Nur im dritten Takt wird Energie an den Kolben abgegeben. Ein Motor kann nie die ganze thermische Energie in Bewegung umsetzen. Der Rest geht als Wärme in Abgas und Kühlwasser. Der Wirkungsgrad eines Benzinmotors liegt bei etwa 30 %.

Wärme fließt von selbst nur von warm nach kalt. Ein Kühlschrank holt Wärme aus dem kalten Innenraum und gibt sie an die wärmere Küche ab. Das geht nur mit zugeführter Energie. Ein Elektromotor treibt einen Kompressor an, eine Pumpe, die Gas zusammendrückt. In Rohren fließt ein Kältemittel im Kreis. Es verdampft im Innenraum und nimmt dabei Verdampfungswärme auf. Der Kompressor verdichtet den Dampf, dabei wird er heiß. An den Rohren an der Rückseite kondensiert er und gibt Wärme an die Küche ab. Dann beginnt der Kreislauf von vorn.

Energiebilanz: Wärme an die Küche = dem Innenraum entzogene Wärme + zugeführte elektrische Energie.

Eine Wärmepumpe arbeitet genauso, nutzt aber die abgegebene Wärme zum Heizen. Sie entzieht der Umgebung (Luft, Erdreich oder Grundwasser) Wärme und gibt sie an das Haus ab. Dafür braucht sie elektrische Energie, aber weniger, als sie an Wärme liefert.