Meyers Großes Taschenlexikon in 25 Bänden
Thermodynamik
Thermodynamik,Teilgebiet der Physik, das sich mit Wärmeerscheinungen, insbesondere der Umwandlung von Wärme in eine andere Energieform (oder umgekehrt) befasst. Die klass. (phänomenolog.) T. untersucht Gleichgewichtszustände makroskop. (i. Allg. abgeschlossener) Systeme sowie die Zustandsänderungen beim Übergang von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen, die mit einer Zu- bzw. Abfuhr von Wärme oder mechan. Energie (Arbeit) sowie Temperaturänderungen verbunden sind. Der Zustand eines thermodynamischen Systems im Gleichgewicht wird durch einen Satz thermodynam. Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Volumen, Energie, Entropie, Enthalpie u. a.) festgelegt, die durch Zustandsgleichungen miteinander verknüpft sind.
Grundlage sind die Hauptsätze der T.: Der 1. Hauptsatz der T. ist die thermodynam. Formulierung des Energiesatzes, nach dem Wärmeenergie und mechan. Energie wechselseitig ineinander umgewandelt werden können: Führt man einem System die Wärmemenge ΔQ zu und verrichtet die äußere Arbeit ΔW, so nimmt die Zustandsgröße innere Energie U um ΔU zu, und es gilt ΔU = ΔQ + ΔW. Der 2. Hauptsatz der T. (Entropiesatz) gibt die Richtung der Energieumwandlungen an: Die Entropie kann in einem abgeschlossenen thermodynam. System nur zunehmen oder (bei reversiblen Prozessen) höchstens gleich bleiben. - Aus beiden Hauptsätzen folgt die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile. Nach dem 3. Hauptsatz der T. (nernstsches Wärmetheorem) nimmt die Entropie eines thermodynam. Systems bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt der Temperatur einen von Druck, Volumen u. a. Größen unabhängigen Wert (null) an, d. h., der absolute Nullpunkt ist nicht erreichbar. Als nullter Hauptsatz der T. wird zusätzlich oft die grundlegende Aussage bezeichnet, dass zwei Systeme, die im therm. Gleichgewicht mit einem dritten System stehen, sich auch untereinander im therm. Gleichgewicht befinden. Daraus folgt die Existenz der Temperatur als neben den mechan. Größen (Druck, Volumen) neue, intensive Zustandsgröße, die in Gleichgewichtssystemen überall gleich ist.
Nichtgleichgewichtszustände offener Systeme, in denen die Zeit als zusätzl. Variable auftritt, werden in der T. irreversibler Prozesse untersucht. Im Ggs. zur makroskop. T. berücksichtigt die statist. T. den atomaren Aufbau der Materie und leitet im Rahmen der statist. Mechanik daraus die makroskop. Gesetze der T. ab. Das Verhalten des thermodynam. Systems als Ganzes lässt sich damit auf das Verhalten der einzelnen Teilchen zurückführen, aus denen sich das System zusammensetzt.
▣ Literatur:
Gmehling, J.u. Kolbe, B.: T. Weinheim u. a. 21992.
⃟ Hahne, E.: Techn. T. Bonn u. a. 21993.
⃟ Cerbe, G. u. Hoffmann, H.-J.: Einf. in die T. Von den Grundlagen zur techn. Anwendung. München u. a. 101994.
Thermodynamik,Teilgebiet der Physik, das sich mit Wärmeerscheinungen, insbesondere der Umwandlung von Wärme in eine andere Energieform (oder umgekehrt) befasst. Die klass. (phänomenolog.) T. untersucht Gleichgewichtszustände makroskop. (i. Allg. abgeschlossener) Systeme sowie die Zustandsänderungen beim Übergang von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen, die mit einer Zu- bzw. Abfuhr von Wärme oder mechan. Energie (Arbeit) sowie Temperaturänderungen verbunden sind. Der Zustand eines thermodynamischen Systems im Gleichgewicht wird durch einen Satz thermodynam. Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Volumen, Energie, Entropie, Enthalpie u. a.) festgelegt, die durch Zustandsgleichungen miteinander verknüpft sind.
Grundlage sind die Hauptsätze der T.: Der 1. Hauptsatz der T. ist die thermodynam. Formulierung des Energiesatzes, nach dem Wärmeenergie und mechan. Energie wechselseitig ineinander umgewandelt werden können: Führt man einem System die Wärmemenge ΔQ zu und verrichtet die äußere Arbeit ΔW, so nimmt die Zustandsgröße innere Energie U um ΔU zu, und es gilt ΔU = ΔQ + ΔW. Der 2. Hauptsatz der T. (Entropiesatz) gibt die Richtung der Energieumwandlungen an: Die Entropie kann in einem abgeschlossenen thermodynam. System nur zunehmen oder (bei reversiblen Prozessen) höchstens gleich bleiben. - Aus beiden Hauptsätzen folgt die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile. Nach dem 3. Hauptsatz der T. (nernstsches Wärmetheorem) nimmt die Entropie eines thermodynam. Systems bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt der Temperatur einen von Druck, Volumen u. a. Größen unabhängigen Wert (null) an, d. h., der absolute Nullpunkt ist nicht erreichbar. Als nullter Hauptsatz der T. wird zusätzlich oft die grundlegende Aussage bezeichnet, dass zwei Systeme, die im therm. Gleichgewicht mit einem dritten System stehen, sich auch untereinander im therm. Gleichgewicht befinden. Daraus folgt die Existenz der Temperatur als neben den mechan. Größen (Druck, Volumen) neue, intensive Zustandsgröße, die in Gleichgewichtssystemen überall gleich ist.
Nichtgleichgewichtszustände offener Systeme, in denen die Zeit als zusätzl. Variable auftritt, werden in der T. irreversibler Prozesse untersucht. Im Ggs. zur makroskop. T. berücksichtigt die statist. T. den atomaren Aufbau der Materie und leitet im Rahmen der statist. Mechanik daraus die makroskop. Gesetze der T. ab. Das Verhalten des thermodynam. Systems als Ganzes lässt sich damit auf das Verhalten der einzelnen Teilchen zurückführen, aus denen sich das System zusammensetzt.
▣ Literatur:
Gmehling, J.u. Kolbe, B.: T. Weinheim u. a. 21992.
⃟ Hahne, E.: Techn. T. Bonn u. a. 21993.
⃟ Cerbe, G. u. Hoffmann, H.-J.: Einf. in die T. Von den Grundlagen zur techn. Anwendung. München u. a. 101994.