|
|
|---|
Gleichgewichtszustände: Ändert sich in einem System nach langer Zeit (und ohne äußere
Einflüsse), keine Zustandsgröße, so
spricht man von einem Gleichgewichtszustand. Da nur in einem isolierten System von außen keine Beeiflussung kommen
kann, ist es nur in diesem Fall möglich einen
Gleichgewichtszustand zu bekommen. Die Temperatur aller einzelnen Teile des System
ist in diesem Fall gleich und beim Druck
wird das genauso angenommen. In einem hohen Behälter ist der
Druck zwar unten höher als oben (siehe Bild), es liegt jedoch ein
Gleichgewichtszustand vor, da sich der Druck nicht ändert, sonder
das Druckgefälle konstant beibehält, solange kein
äußerer Einfluß diesen verändert.Da viele Veränderungen nur sehr langsam ablaufen, kann es sein, dass ein Gleichgewicht nur vorgetäuscht ist, auch wenn sich während einer langen Zeit keine Zustandsgrößen geändert haben. Zustandsgrößen:
Möchte man ein System beschreiben, braucht man dafür Größen. Da es egal ist, auf welchem Weg die
Werte der einzelnen Größen entstanden sind, und sie nur von dem jeweiligen betrachtetem Zustand abhängen, nennt man
diese Größen Zustandsgrößen. In der Thermodynamik beschreibt man ein System z.B. durch die Zustandgrößen:
Druck p, Volumen V, Stoffmenge n
, und Temperatur T. Zustandsgrößen werden in zwei Gruppen eingeteilt : intensive: Sie sind von der Stoffmenge unabhängig. Das bedeutet, wenn man z.B. 5 mol des Stoffes aus dem System entfernt, behalten sie trotzdem den gleichen Wert bei. Intensive Größen sind die Temperatur und der Druck. Entfernt man z.B. 5 mol eines 25°C warmen Gases, dann ist der Rest immer noch 25°C warm. extensive: Diese Größen sind von der Stoffmenge abhängig, d.h. wenn man die Menge z.B. um die Hälfte reduziert, dann ändern sich ihre Werte auch entsprechend. Extensive Größen sind das Volumen, die Stoffmenge und die Masse. Teilt man extensive Größen durch die Stoffmenge, erhält man intensive Größen. Das Volumen z.B. geteilt durch die Stoffmenge, ist V/n und heißt Molvolumen. Um ein System beschreiben zu können, benötigt man mindestens eine intensive und eine extensive Größe. Zustandsgleichung:
Verändert man in einem System eine Zustandsgröße, dann ändern sich auch
eine oder mehrere der anderen. Das wird durch eine sog. Zustandsgleichung ausgedrückt, die die Zusammenhänge
zwischen den einzelnen Zustandsgrößen Druck p,
Volumen V, Temperatur T und
Stoffmenge n beschreibt. Ein Beispiel hierfür sind die Gasgesetze von
Gay-Lussac und Boyle-Mariotte. Die Abhängigkeiten
zwischen den Zustandsgrößen werden oft in sog. Zustandsdiagrammen dargestellt. Auch die innere Energie U ist eine Zustandsgleichung (siehe 1. Hauptsatz). Wenn ein geschlossenes System (mit konstantem Druck und konstanter Temperatur) aus einem Zustand A in einen Zustand B übergeht, so ist die Änderung der inneren Energie DU immer gleich groß, egal auf welchem noch so kompliziertem Weg der Zustand B erreicht wurde. thermodynamische Prozesse:
Thermodynamische Prozesse sind die Abläufe, die in einem System passieren, wenn sich eine oder
mehrere Zustandsgrößen verändert haben bzw. verändert wurden. Meistens zwingt man dabei eine der
Größen dazu gleich zu bleiben. Da es drei Größen gibt, die sich gegenseitig beeinflussen
(Druck p, Volumen V und
Temperatur T) kann man so direkt sehen, wie sich die veränderte Größe nur auf eine der
anderen auswirkt und dabei gegebenenfalls mathematische Zusammenhänge herausfinden. Die Prozesse werden, je nachdem welche der drei Größen konstant gehalten wird, eingeteilt in:
Ein weitere Einteilung macht man, je nachdem auf welchem Weg man von einem Zustand zum anderen gelangt:
Zustandsdiagramm:
In einem Zustandsdiagramm wird grafisch dargestellt, wie sich ein Stoff in Abhängigkeit der
einzelnen Zustandsgrößen z.B. Druck p, Volumen V und
Temperatur T verhält. Da dies bei drei Größen ein dreidimensionales Bild ergibt, setzt man
häufig eine der drei Größen konstant, so entsteht z.B. das Phasendiagramm, indem das Volumen konstant ist, und die
verschiedenen Zustände eines Stoffes nur noch durch Druck und Temperatur beschrieben werden:
 Aus einem solchen Diagramm kann man ablesen, bei welchen Druck/Volumen-Paaren ein Stoff fest, flüssig bzw. gasförmig ist. Weggrößen:
Im Gegensatz zu den Zustandsgrößen, hängt bei den Weggrößen der Wert vom Ausgangs-, vom Endzustand des Systems und
vom Weg ab, auf dem das System in den vorliegenden Zustand gekommen ist. Ein Beispiel hierfür ist die
Arbeit, die an einem System verrichtet wird, um zu einen Zustand zu gelangen.
|
 |
|---|
 |
 |
|---|
Definitionen:
