Thermodynamik

Zusammenfassung

Die ganze Wärmelehre wird vom Begriff Temperatur beherrscht. Er ist aus unseren Sinnesempfindungen warm und kalt entstanden. Die auffälligste Eigenschaft der Temperatur in physikalischer Hinsicht ist ihre Tendenz, sich auszugleichen. Zwei Körper A und B, welche hinreichend lange miteinander in Berührung (thermischer Kontakt!) sind, nehmen die gleiche Temperatur an, ganz unabhängig von der sonstigen Beschaffenheit der Körper und der speziellen Art der Berührung. Auf dieser Eigenschaft basiert ja das einzige experimentelle Verfahren, eine Substanz auf eine gegebene Temperatur zu bringen. Man setzt sie in ein Wärmebad oder einen Thermostaten. Dann hat sie eben — und zwar per definitionem! — die gleiche Temperatur wie das Wärmebad. Zur Messung der Temperatur kann jede Eigenschaft dienen, welche sich stetig und reproduzierbar mit ihr verändert, wie z. B. das Volumen, der Druck, die Thermokraft, der elektrische Widerstand und viele andere. Die Temperaturskala ist zunächst völlig willkürlich; sie muß durch eine Konvention festgelegt werden. Von den vielen im Laufe der Zeit benutzten Skalen seien nur hervorgehoben: das Quecksilberthermometer, das Gasthermometer und die Skala der absolutes. Temperatur (Kelvin-Skala). Das Quecksilberthermometer benutzt in bekannter Weise zur Messung als temperaturempfindliche Eigenschaft die Differenz der Volumina von Quecksilber und Glas, indem man die Kapillare des Thermometers im Intervall zwischen den Fixpunkten 0° (schmelzendes Eis) und 100° (siedendes Wasser) in 100 gleiche Teile einteilt. Beim Gasthermometer wird der Druck p einer in ein festes Volumen V eingeschlossenen Gasmenge (z. B. Stickstoff oder Helium) gemessen. Dabei gilt in guter Näherung:

EquationSource% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagCart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiCaiabg2 % da9maalaaabaGaamyqaaqaaiaadAfaaaWaaeWaaeaacaaIXaGaey4k % aSIaeqySdeMaamiDaaGaayjkaiaawMcaaiaacYcaaaa!400E!]]</EquationSource><EquationSource Format="TEX"><![CDATA[$$p = \frac{A}{V}\left( {1 + \alpha t} \right),$$

(1.1)

wo t die Temperatur in °C, A eine Konstante, α = 1/273,2°C den thermischen Ausdehnungskoeffizienten (12), A/V also den Druck bei t = 0°C bedeuten. Die Zahl α ist für alle Gase die gleiche, solange die Temperatur genügend weit oberhalb des Kondensationspunktes liegt und der Druck nicht zu groß wird. Bei genauerer Prüfung zeigt sich aber, daß der Gasdruck nicht genau linear mit der Quecksilbertemperatur anwächst, wenn man, wie oben angegeben, dessen Skala in 100 gleiche Teile geteilt hat. Da nun die Gl. (1.1) für alle Gase gilt, die Quecksilberskala an die zufälligen Eigenschaften eben des Quecksilbers gebunden ist, hat man sich entschlossen, auf die gleichmäßige Teilung der Skala des Quecksilberthermometers zu verzichten und statt dessen die Gl. (1.1) als Definition der Temperatur anzusehen, indem man die Druckskala des Gasthermometers zwischen den beiden Fixpunkten in 100 gleiche Teile einteilt. Wenn man in (1.1) den Faktor α vor die Klammer setzt, so wird

EquationSource% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagCart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiCaiabg2 % da9maalaaabaGaamyqaiabeg7aHbqaaiaadAfaaaWaaeWaaeaadaWc % aaqaaiaaigdaaeaacqaHXoqyaaGaey4kaSIaamiDaaGaayjkaiaawM % caaiaac6caaaa!41BF!]]</EquationSource><EquationSource Format="TEX"><![CDATA[$$p = \frac{{A\alpha }}{V}\left( {\frac{1}{\alpha } + t} \right).$$