Thermodynamik

Thermodynamik

Die früher Wärmelehre genannte Thermodynamik beschäftigt sich mit Prozessen der Energieumwandlung sowie mit Zustandsänderungen von Körpern wenn Wärme zu- oder abgeführt wird. Ihre Basis sind die 4 Hauptsätze der Thermodynamik. Da der grundlegendste Hauptsatz nach den ersten drei Hauptsätzen entdeckt wurde, trägt er die Nummer Null.

0. Hauptsatz der Thermodynamik

Zwei Systeme die sich in thermodynamischen Gleichgewicht mit einem dritten System befinden, sind auch untereinander in thermodynamischen Gleichgewicht. Zwei mit einander in Kontakt stehender Systeme haben nach allfälligen Ausgleichsvorgängen die gleiche Temperatur.

1. Hauptsatz der Thermodynamik

Die Änderung der inneren Energie eines geschlossenen Systems ist gleich der Summe aus der Änderung der Wärme und der Änderung der Arbeit. Die innere Energie eines geschlossenen Systems ist konstant. \(\Delta U = \Delta Q + \Delta W\). In einem geschlossenen System kann der Gesamtbetrag der Energie weder vergrößert noch verkleinert werden. Es können lediglich die verschiedenen Energiearten ineinander umgewandelt werden. Ein Perpetuum Mobile 1 Art, also eine Vorrichtung die ohne äußerer Energiezufuhr in ständiger Bewegung bleibt, ist unmöglich.

Der 1. thermodynamische Hauptsatz (Energieerhaltungssatz) besagt, dass in einem abgeschlossenem physikalischen System Energie weder erzeugt noch vernichtet, sonder nur in eine andere Energieform umgewandelt werde kann. Die Differenz von zugeführter und nutzbarer Leistung ergibt die Verlustleistung, die meist über Reibung in Wärmeleistung umgewandelt und abgegeben wird.

\({P_{{\text{Verlust}}}} = {P_{{\text{zugef}}{\text{.}}}} - {P_{{\text{Nutz}}}}\)

Die Änderung der inneren Energie eines abgeschlossenen Systems ist gleich der Summe der Änderung der enthaltenen Wärme und der Änderung der Arbeit:

\(\Delta U = \Delta Q + \Delta W\)

2. Hauptsatz der Thermodynamik

Wärmeenergie kann von selbst nur von Materie mit hoher Temperatur auf Materie mit niedriger Temperatur übertragen werden. Im thermodynamischen Gleichgewicht hat ein System eine möglichst große Entropie (Sie ist eine Größe, mit deren Hilfe man die Irreversibilität eines Vorganges kennzeichnen kann). Die Entropie \(S = S\left( {p,V,T} \right)\) eines abgeschlossenen Systems wird nie von alleine kleiner. Ein Perpetuum Mobile 2. Art, welches die vollständige Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie erlaubt, ist unmöglich

3. Hauptsatz der Thermodynamik

Der 3. Hauptsatz besagt, dass es keinen Prozess gibt, mit dem es möglich ist, selbst mit unendlich vielen Schritten, den absoluten Nullpunkt zu erreichen. \(\mathop {\lim }\limits_{T \to 0} \Delta S = 0\). Bei der Annäherung an den absoluten Nullpunkt konvergiert die Entropie gegen Null.