Hauptsätze der Thermodynamik, Wärmekraftmaschinen und Entropiekonzepte für eine Physikreihe auf College-Niveau.
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- Was besagt der Erste Hauptsatz der Thermodynamik?
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Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. In einem System entspricht die Änderung der inneren Energie der zugeführten Wärme abzüglich der vom System verrichteten Arbeit.- Schreibe den Ersten Hauptsatz der Thermodynamik als Gleichung.
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ΔU = Q - W, wobei ΔU die Änderung der inneren Energie, Q die dem System zugeführte Wärme und W die vom System verrichtete Arbeit ist.- Definiere die innere Energie eines thermodynamischen Systems.
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Die gesamte Energie, die in einem System durch die ungeordnete Bewegung seiner Moleküle steckt, ohne die makroskopische kinetische und potenzielle Energie.- Definiere die Entropie.
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Ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit in einem System. Sie hängt mit der Anzahl der mikroskopischen Zustände zusammen, die ein System bei gegebenem makroskopischem Zustand einnehmen kann.- Was besagt der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik?
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Die Entropie eines perfekten Kristalls am absoluten Nullpunkt (0 K) ist null. Wenn sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert, nähert sich die Entropie einem konstanten Minimum.- Formuliere den Nullten Hauptsatz der Thermodynamik.
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Wenn zwei Systeme jeweils mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht stehen, dann stehen sie auch untereinander im thermischen Gleichgewicht. Damit ist die Temperatur als grundlegende Größe definiert.- Wie viel Kelvin beträgt der absolute Nullpunkt?
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0 K, was ungefähr -273,15 Grad Celsius oder -459,67 Grad Fahrenheit entspricht.- Definiere einen reversiblen Prozess in der Thermodynamik.
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Ein Prozess, bei dem das System durchgehend im Gleichgewicht bleibt und durch infinitesimale Änderungen der äußeren Bedingungen umgekehrt werden kann, sodass sowohl System als auch Umgebung in den Ausgangszustand zurückkehren.- Definiere einen irreversiblen Prozess in der Thermodynamik.
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Ein realer Prozess, bei dem das System nicht im Gleichgewicht ist und der sich nicht so umkehren lässt, dass System und Umgebung in ihren Ausgangszustand zurückkehren.- Was ist Wärme in der Thermodynamik?
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Energieübertragung zwischen einem System und seiner Umgebung aufgrund eines Temperaturunterschieds. Wärme fließt von selbst von der höheren zur niedrigeren Temperatur.- Was ist Arbeit in der Thermodynamik?
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Energieübertragung durch eine Kraft, die über eine Strecke wirkt. In der Thermodynamik ist damit meist die Expansions- oder Kompressionsarbeit gemeint, die von einem Gas oder an einem Gas verrichtet wird.- Was ist ein isothermer Prozess?
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Ein thermodynamischer Prozess, bei dem die Temperatur durchgehend konstant bleibt. Für ein ideales Gas gilt ΔU = 0, also Q = W.- Was ist ein adiabatischer Prozess?
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Ein thermodynamischer Prozess, bei dem keine Wärme zwischen System und Umgebung ausgetauscht wird (Q = 0). Die verrichtete Arbeit entspricht der Änderung der inneren Energie (W = -ΔU).- Was ist ein isobarer Prozess?
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Ein thermodynamischer Prozess bei konstantem Druck. Die vom Gas verrichtete Arbeit beträgt W = P mal ΔV.- Was ist ein isochorer (isovolumetrischer) Prozess?
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Ein thermodynamischer Prozess bei konstantem Volumen (ΔV = 0). Es wird keine Arbeit vom Gas oder am Gas verrichtet (W = 0).
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