Advertisement

Einfache thermodynamische Anwendungen

  • Matthias Bartelmann
  • Dieter Lüst
  • Andreas Wipf
  • Anton Rebhan
  • Björn Feuerbacher
  • Timm Krüger
Chapter

Kapitelvorwort

Wie stellt sich ein thermodynamisches System im Gleichgewicht ein?

Wann sind Gleichgewichte stabil?

Wie verhalten sich ideale und reale Gase?

Wie wandeln sich Phasen ineinander um?

In Kap. 33 und 34 wurde die Thermodynamik zunächst phänomenologisch begründet, d. h. aufgrund solcher Beobachtungen, die mit den Erfahrungen von Temperatur und Wärme verbunden sind. Wir haben dabei die Temperatur als Zustandsgröße eingeführt, den ersten Hauptsatz formuliert und haben nachvollzogen, wie man ausgehend von der grundlegenden Erfahrung irreversibler Vorgänge zur Entropie und zum zweiten Hauptsatz gelangt ist.

In Kap. 34 haben wir ausgehend von der Mikrophysik die statistische Begründung der Thermodynamik beschrieben, wobei wir hauptsächlich gesehen haben, dass die Entropie mit einem logarithmischen Maß des Phasenraumvolumens eines Systems identifiziert werden kann. Zudem ermöglichte die statistische, aus der Mikrophysik abgeleitete Vorgehensweise eine weitere Schärfung der Begriffe „Wärme“ und „Arbeit“.

In diesem Kapitel wollen wir nun diese Kenntnisse auf einfache thermodynamische Systeme anwenden. Wir beginnen mit der Vielfalt thermodynamischer Funktionen oder Potenziale, die durch Legendre‐Transformationen miteinander verbunden und verschiedenen äußeren Bedingungen angepasst sind. Die Enthalpie, die wir bereits in Abschn. 33.6 kurz besprochen haben, ist ein Beispiel für ein solches thermodynamisches Potenzial. Anhand dieser Potenziale besprechen wir Extremal‐ und Stabilitätseigenschaften thermodynamischer Systeme im thermischen Gleichgewicht.

Wir vertiefen dann unsere Diskussion des idealen Gases, insbesondere seiner Responsefunktionen, und gehen zum Van‐der‐Waals‐Gas als Beispiel eines nichtidealen Gases über. Anhand des Van‐der‐Waals‐Gases werden der Joule‐Thomson‐Effekt und insbesondere die Phänomene der Inversions‐ und der kritischen Temperatur besprochen.

Wir wenden uns erneut den Kreisprozessen zu, nun mit einer vereinheitlichenden Betrachtung, und wenden die Idee der Kreisprozesse auf ein scheinbar fremdes Thema an, nämlich die Herleitung der Dampfdruckkurve nach dem Clausius‐Clapeyron’schen Gesetz.

Wir kommen schließlich auf Phasengleichgewichte und Phasenübergänge zu sprechen und betrachten wiederum anhand des Van‐der‐Waals‐Gases einen Phasenübergang erster Art im Detail.

Literatur

  1. Schwabl, F.: Statistische Mechanik. Springer, (2006)Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

Authors and Affiliations

  • Matthias Bartelmann
    • 1
  • Dieter Lüst
    • 2
  • Andreas Wipf
    • 3
  • Anton Rebhan
    • 4
  • Björn Feuerbacher
    • 5
  • Timm Krüger
    • 6
  1. 1.Institut für Theoretische AstrophysikUniversität HeidelbergHeidelbergDeutschland
  2. 2.Department für PhysikLudwig-Maximilians Universität MünchenMünchenDeutschland
  3. 3.Theoretisch-Physikalisches-InstitutFriedrich-Schiller-Universität JenaJenaDeutschland
  4. 4.Institut für Theoretische PhysikTechnische Universität WienWienÖsterreich
  5. 5.HeidenheimDeutschland
  6. 6.School of EngineeringUniversity of EdinburghEdinburghGroßbritannien

Personalised recommendations