Thermodynamik

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Thermodynamik kommt so manchem Laien wie schwarze Magie vor. Sicher, dieser Zweig der Physik bedient sich häufig raffinierter mathematischer Verfahren, und Computermodelle für Verbrennungsvorgänge in Motoren sind alles andere als einfach. Da Thermodynamik auch auf statistische Methoden zurückgreift, denken manche Perpetuum-Mobile-Erfinder, hier ließe sich ein Schlupfloch finden, um die Physik zu überlisten. Es sollte uns bewußt sein, daß der zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine statistische Aussage darstellt.

Versuchen wir eine Basis-Thermodynamik im Schnelldurchgang, denn das hier soll kein Lehrbuch der Physik werden, sondern ein Einblick in die Analyse thermodynamischer Perpetua Mobilia!

Ideale Gase

Gas

Neben fest und flüssig ist gasförmig einer der drei klassischen Aggregatzustände. Ein Gas ist dann eine Substanz, wenn deren Teilchen sich in großem Abstand voneinander frei bewegen und den verfügbaren Raum gleichmäßig ausfüllen. Im Vergleich zum Festkörper oder zur Flüssigkeit nimmt die gleiche Masse als Gas unter Normalbedingungen den rund tausend- bis zweitausendfachen Raum ein.

Zusammen mit den Flüssigkeiten zählen Gase zu den Fluiden.

Etymologie

Thermodynamik Gleichgewicht

Im thermodynamischen Gleichgewicht gilt grundsätzlich das Kräftegleichgewicht aus Gibbs freier Enthalpie:



Das heißt, dass keine Energie- bzw. Potenzialdifferenz zwischen den jeweiligen Punkten im Raum vorliegt.
Ohne innere Barrieren (z. B. Wände) und wirkende Kraftfelder (z. B. Schwerkraft) gilt die triviale Lösung. Sie setzt für zwei beliebige Punkte 1 und 2 des Systems
    •    das thermische Gleichgewicht (s. u.) T1 = T2,
    •    das mechanische Gleichgewicht (s. o.) p1 = p2 und
    •    das Chemische Gleichgewicht μ1 = μ2