Theo 3 - Thermodynamik
Lernstoff zur VL Theo 3 - erster Teil der Vorlesung
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Flashcards
Thermodynamisches Gleichgewicht
isoliertes System
nach hinreichend langer Zeit
geht in Zustand, den es spontan nicht wieder verlässt = thermodyn. GG
Zustandsgrößen, allg
makroskopische physikalische Größen, die den Zustand eines physikalischen Systems beschreiben
sind im thermodynamischen GG konstant
Zustandsgrößen, Bsp
intensive Zustandsgrößen: kann lokal definiert werden, nicht additiv, z.B. Brechungsindex, Dichte, Temperatur
extensive Zustandsgrößen: proportional zur Stoffmenge, additiv, z.B. Volumen, Energie, Masse
Thermodynamischer Prozess
jede Änderung einer Zustandsgröße mit der Zeit
führen zum Erreichen des thermodynamischen GG
laufen von selbst ab
i.A. irreversibel (Idealisierung : reversible Prozesse über GG Zustände)
Bsp.: Druckausgleich, Diffusion, Wärmeleitung
Unterschied: Phase und Komponente
Komponente: chemisch unabhängiger Stoff
Phase: gleiche chemische Zusammensetzung, homogen, gleiche physikalische Eigenschaften
Beispiel Wasser-Eis-Gemisch: 1 Komponente 2 Phasen
Charakterisierung von Systemen hinsichtlich ihrer Kontakte mit der Umgebung im Überblick (5 Unterteilungen)
abgeschlossen (mikrokanonisch)
adiabatisch isoliert
diatherm isoliert
geschlossen (kanonisch)
abgeschlossen (großkanonisch)
Eigenschaften eines abgeschlossenen (mikrokanonischen) Systems
dW = 0 dQ = 0 dN = 0
z.B. perfekte Isokanne
Eigenschaften eines adiabatisch isolierten Systems
dW != 0 dQ = 0 dN = 0
z.B. Bodum: "Drück-Kaffee"-Kanne
Eigenschaften eines diatherm isolierten Systems
dW = 0 dQ != 0 dN = 0
z.B. nicht perfekte Isokanne
Eigenschaften eines geschlossenen (kanonischen) Systems
dW != 0 dQ !=0 dN = 0
z.B. Stirling Motor
Eigenschaften eines abgeschlossenen (großkanonischen) Systems
dW != 0 dQ != 0 dN != 0
z.B. Lebewesen, Atmosphäre
Überblick Hauptsätze der Thermodynamik (0-3)
0: Temperatur
1: Energieerhaltung & innere Energie
2: Entropie
3: Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunktes
"Nullter" Hauptsatz: Temperatur
Für jedes makroskopische System existiert die intensive Zustandsgröße Temperatur T
Wenn System A im thermodyn. GG mit System B => T_A = T_B
Erster Hauptsatz: Energieerhaltung und innere Energie
Für jedes thermodynamische System existiert die extensive Zustandsgröße innere Energie U
\(dU = \Delta W + \Delta Q \)
\(\oint dU = \oint \Delta W + \oint \Delta Q = 0\)
dU totales differential, daher immer \(\oint dU = 0\)
einfaches Experiment - Joule'scher Versuch: Wasser rühren -> Wärme
Beim bewegten System kommen die äußeren Energien E_a hinzu: \(dU + dE_a = \Delta W + \Delta Q\)
Zweiter Hauptsatz: Entropie
Ür jedes thermodynamische system existiert die extensive Zustandsgröße Entropie S
Ihre Zunahme bei reversiblen Prozessen ( z.B. Ausgleichsprozesse, dissipative Prozesse):\(dS = \frac{\Delta Q}{T}\)
Bei allen irreversiblen Prozessen wir im Inneren des Systems Entropie produziert
im thermodyn GG: S->maximal
Dritter Hauptsatz: Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunktes
Entropie S geht bei Annäherung gegen absoluten Nullpunkt ( T = 0 K) gegen Festen Grenzwert S_0
Entropie wird dann unabhängig von thermodynamischen Parametern a_i \({\partial S \over \partial a_i} = 0\)
Modell des Idealen Gases verletzt den dritten Hauptsatz
Ideales Gas (Überblick)
Teilchen ohne Eigenvolumen
keine Wechselwirkungen zwischen Teilchen
keine Phasenübergänge
anwendbar bei kleinen Dichten und hohen Temperaturen ( Ekin >> Epot) z.B. Sonne
Reales Gas (Überblick)
Teilchen mit Eigenvolumen
Binnendruck ( Van der Waals-Gas: a)
Phasenübergänge möglich
