Thermodynamische Begrifflichkeiten

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Auf dieser Seite erwartet Dich ein Glossar der wichtigsten Begriffe aus dem Modul PC-1: Chemisches Gleichgewicht.

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Gastemperatur

Ist identisch mit der absoluten Temperatur ($K$); die Gastemperatur folgt aus dem Gay-Lussac’schen Gesetz.

Hauptsätze

Der 0. Hauptsatz

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass zwei Systeme, die jeweils mit einem dritten System im thermodynamischen Gleichgewicht stehen, auch untereinander im Gleichgewicht stehen.

Der 1. Hauptsatz

Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik wird auch Energieerhaltungssatz genannt. In einem abgeschlossenen System bleibt die Energie konstant, ist das System nicht abgeschlossen gilt:

Änderung der Systemenergie = (aus der Umgebung zugeführte Energie) – (an die Umgebung abgegebene Energie)

  • Energie ist eine Erhaltungsgröße.
  • Es gibt keine Maschine, die aus dem Nichts Arbeit schafft.
  • Es gibt kein Perpetuum Mobile 1. Art.

Der 2. Hauptsatz

Ideales Gas

Modellvorstellung für Gase, Voraussetzungen für Ideales Gas:

  1. Das Eigenvolumen der Gasteilchen ist vernachlässigbar, d.h. die Gasteilchen werden als punktförmig angenommen (die allerdings miteinander stoßen können und dabei kinetische Energie austauschen können, damit sich thermisches Gleichgewicht einstellen kann).
  2. Es gibt (außer beim Stoß) keine Wechselwirkung der Gasteilchen untereinander, d.h. die Gasteilchen besitzen nur kinetische Energie, aber keine potentielle Energie (keine anziehenden oder abstoßenden Wechselwirkungen zwischen den Gasteilchen).
    • Ein Gasteilchen bewegt sich also geradlinig mit einer konstanten Geschwindigkeit, bis ein Stoß es in eine andere Richtung lenkt und dabei beschleunigen oder abbremsen kann.
  • Die Ideale Gasgleichung ist eine besonders einfache Zustandsgleichung.
  • $pV = nRT$ ist die Zustandsgleichung für das ideale Gas. Wir bezeichnen diese Zustandsgleichung als ideale Gasgleichung oder ideales Gasgesetz.
  • Der Zustand des Gases wird beschrieben durch vier Zustandsgrößen: $p$, $V$, $n$; $R$ und $T$ .
  • Das Gas nimmt das gesamte zur Verfügung stehende Volumen $V$ ein.
  • Die das ideale Gasgesetz besagt, dass nur drei der vier Größen $p$, $V$, $n$ und $T$ voneinander unabhängig einstellbar sind, die vierte ist über die Zustandsgleichung festgelegt.
  • Die vierte Größe ($R$) beschreibt den Wert der universellen Gaskonstante: $R = 8.3145\,J\cdot mol{−1} \cdot K{−1}$
  • Die ideale Gasgleichung ist unabhängig von der stofflichen Zusammensetzung des Gases! D.h., sie gilt (im Rahmen der Näherung des idealen Gases, d. h. bis circa $5\,bar$ ganz „gut“) für alle Gase, z.B. He, $H_2$, $N_2$, $O_2$, $Xe$, $CH_4$, $H_2 O$, $UF_6$, . . .

Prozess

Die Veränderung von einem Zustand zum Anderen ist ein Prozess. Ein Prozess wird durch Prozessgrößen beschrieben.

Spezifische Größe

Größen, wie zum Beispiel Volumen, Arbeit, Energie, usw. können entweder als absolute Größen angegeben werden, oder sie werden auf eine bestimmte Masse oder Stoffmenge bezogen, indem man sie durch die Masse oder die Stoffmenge teilt. Eine Größe, die auf eine Masse oder Stoffmenge bezogen wurde bezeichnet man als spezifische Größe.

Angegeben wird die spezifische Größe meist mit dem Kleinbuchstaben der Größe (wenn diese zuvor mit einem Großbuchstaben angegeben wurde), wird die spezifische Größe auf eine Stoffmenge bezogen kommt noch ein Querstrich darüber. Aus dem Volumen $V$ wird durch das Dividieren mit der Stoffmenge $n$ das Volumen pro Mol, eine spezifische Größe mit dem Zeichen $\overline{v}$ …

Molares Volumen und molare Dichte

Wenn das Volumen $V$ durch die Stoffmenge $n$ dividiert wird erhält man eine spezifische Größe, das molare Volumen $\overline{v}$ mit der Einheit $m^{3}/mol$. Der Kehrwert des molaren Volumens ist die molare Dichte $\overline{\rho}$, die aber nur selten verwendet wird.

Zustandsgleichung

Gleichungen, die den Zusammenhang zwischen den Zustandsgrößen beschreiben, heißen Zustandsgleichungen. Ein System lässt sich durch eine Zustandsgleichung beschreiben, wenn es keiner Veränderung unterliegt.

Thermische Zustandsgleichung

Eine Zustandsgleichung in der nur das spezifische Volumen $V$, der Druck $p$ und die Temperatur T als Zustandsgrößen vorkommen, wird als thermische Zustandsgleichung bezeichnet. Eine einfache thermische Zustandsgleichung ist das ideale Gasgesetz.

Zustandsänderung

Eine Zustandsänderung ist ein Prozess.

Isobare Zustandsänderung

Prozess bei welchem der Druck konstant bleibt.

Isotherme Zustandsänderung

Prozess bei welchem die Temperatur konstant bleibt.

Isochore Zustandsänderung

Prozess bei welchem das Volumen konstant bleibt.

Isentrope Zustandsänderung

Prozess bei welchem die Entropie konstant bleibt. Nicht zu Verwechseln mit „isotrop“; isotrop werden Prozesse genannt, die von der Richtung des Ablaufs unabhängig sind.

Isenthalpe Zustandsänderung

Prozess bei welchem die Enthalpie konstant bleibt.

Zustandsgrößen

Ein Zustand wird durch eine Reihe von Größen (Druck, Temperatur, Volumen, Masse,…) beschrieben, die man logischerweise Zustandsgrößen nennt.

Extensive Zustandsgrößen

Die Größen, die sich ändern, nennt man „extensive Zustandsgrößen“; man kann extensive Größen auch intensiv machen.

Intensive Zustandsgrößen

Größen, die sich nicht verändern, heißen „intensive Zustandsgrößen“. Die intensiven Zustandsgrößen sind von der Größe des betrachteten Systems unabhängig.

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