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Thermodynamik.
Energieumwandlung

Thermodynamik: Definition in der Physik und grundlegende Konzepte

Thermodynamik: Definition in der Physik und grundlegende Konzepte

Die Thermodynamik ist der Zweig der Physik, der die Auswirkungen von Temperatur-, Druck- und Volumenänderungen eines physikalischen Systems auf makroskopischer Ebene beschreibt. Dieser Zweig der Physik konzentriert sich auf die Untersuchung von Energieumwandlungen, insbesondere im Zusammenhang mit Wärme und Arbeit

Materie besteht aus verschiedenen Teilchen, die sich ungeordnet bewegen. Gemäß der Definition der Thermodynamik untersucht diese Wissenschaft nicht das Verhalten jedes einzelnen Teilchens, sondern vielmehr das globale Verhalten aller dieser Teilchen.

Was untersucht die Thermodynamik?

In der physikalischen Thermodynamik werden die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Systemen, die durch ihre Eigenschaften charakterisiert werden, untersucht und klassifiziert. Diese Eigenschaften können kombiniert werden, um die Gleichgewichtsbedingungen zwischen Systemen, spontanen Prozessen und dem Energieaustausch mit ihrer Umgebung zu bestimmen.

Die wichtigsten Elemente, die wir für Ihre Studie haben, sind:

  • Die Gesetze der Thermodynamik: definieren die Art und Weise, wie Energie zwischen physikalischen Systemen ausgetauscht werden kann.
  • Entropie: ist definiert als die Unordnung, in der sich die inneren Teilchen, aus denen die Materie besteht, bewegen.
  • Enthalpie: ist definiert als die Energiemenge, die ein System mit seiner Umgebung austauscht.

Gesetze der Thermodynamik

Die Prinzipien der Thermodynamik regeln wärmebedingte Umwandlungen, ihren Ablauf und ihre Grenzen. Tatsächlich handelt es sich um echte Erfahrungsaxiome, auf denen die gesamte Theorie basiert.

Konkret lassen sich drei Grundprinzipien unterscheiden, plus ein „Null“-Prinzip.

Nullgesetz der Thermodynamik

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass zwei interagierende Systeme, wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden, einige Eigenschaften gemeinsam haben, die gemessen werden können, indem man ihnen einen genauen numerischen Wert gibt. Wenn also zwei Systeme mit einem dritten im thermischen Gleichgewicht stehen, befinden sie sich auch untereinander im Gleichgewicht und die gemeinsame Eigenschaft ist die Temperatur.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik

Das erste Gesetz besagt, dass bei Kontakt zweier Körper mit unterschiedlichen Temperaturen eine Wärmeübertragung bis zum Erreichen eines Gleichgewichtszustandes stattfindet. In diesem neuen Zustand sind die Temperaturen der beiden Körper gleich.

Der erste Grundsatz ist der Energieerhaltungssatz, der besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann; es verwandelt sich nur.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Wärme immer von einem heißen Objekt zu einem kalten Objekt fließt und dass es nicht möglich ist, eine 100 % effiziente Wärmekraftmaschine zu schaffen. Dies ist als Prinzip der Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile zweiter Art bekannt.

Darüber hinaus führt der zweite Hauptsatz das Konzept der Entropie ein, das den Grad der Unordnung in einem System misst. In einem isolierten System nimmt die Entropie immer zu.

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik

Das dritte Gesetz besagt, dass es unmöglich ist, mit einer endlichen Anzahl von Transformationen den absoluten Nullpunkt zu erreichen, und liefert eine genaue Definition der Größe, die Entropie genannt wird.

Darüber hinaus besagt das dritte Gesetz auch, dass die Entropie für einen perfekt kristallinen Feststoff bei einer Temperatur von 0 Kelvin gleich 0 ist.

Thermodynamische Systeme

Ein thermodynamisches System bezeichnet einen begrenzten Bereich der thermodynamischen Forschung und ist Gegenstand der Forschung. Der äußere Raum des Systems wird als Umgebung dieses Systems bezeichnet.

Die Grenzen eines Systems trennen das System von seinem Äußeren. Diese Grenze kann real oder imaginär sein, das System muss jedoch auf einen begrenzten Raum begrenzt sein. Das System und seine Umgebung können an der Grenze Materie, Arbeit, Wärme oder andere Energieformen übertragen.

Thermodynamische Kreisläufe

Thermodynamik: Definition in der Physik und grundlegende KonzepteEin thermodynamischer Kreislauf ist ein Kreislauf thermodynamischer Umwandlungen, die in einem oder mehreren Geräten durchgeführt werden und dazu dienen, Arbeit von zwei Wärmequellen mit unterschiedlichen Temperaturen zu gewinnen oder umgekehrt den Wärmeübergang von der Quelle von niedrigerer Temperatur zu höherer Temperatur zu bewirken.

Der Hauptparameter dieser Zyklen ist die Leistung. Der thermische Wirkungsgrad ist definiert als die geleistete Arbeit dividiert durch die im Prozess aufgewendete Wärme.

Thermodynamische Eigenschaften

Thermodynamische Eigenschaften sind die Eigenschaften, die den thermodynamischen Zustand eines Systems definieren und in ihn eingreifen.

Diese Eigenschaften können als extensiv oder intensiv klassifiziert werden. Zu diesen Eigenschaften zählen innere Energie, Entropie, Enthalpie, Wärme, Temperatur, Druck, Volumen usw.

Wozu dient die Thermodynamik? 

Thermodynamik kann auf eine Vielzahl wissenschaftlicher und technischer Themen angewendet werden, beispielsweise auf Motoren, Phasenübergänge, chemische Reaktionen, Transportphänomene und sogar auf Schwarze Löcher.

Nachfolgend listen wir einige Beispiele einiger seiner Anwendungen auf:

  • Beim Kochen von Speisen.

  • In der Automobilindustrie sind die meisten Motoren Wärmekraftmaschinen.

  • In der Materialwissenschaft geht es darum, neuartige Materialien mit genau definierten chemischen und physikalischen Eigenschaften zu erhalten.

  • Industrielle Anwendungen zur Umwandlung von Rohstoffen in fertige Produkte mithilfe von Maschinen und Energie.

  • Bei der architektonischen Gestaltung werden Wärmeübertragungen zwischen Außen- und Innenbereich des Hauses berücksichtigt, insbesondere bei bioklimatischer Architektur und passiver Solarenergie.

  • Stromerzeugung in Wärmekraftwerken, bei denen thermodynamische Prozesse die Umwandlung von Wärme in Strom ermöglichen.

Autor:
Veröffentlichungsdatum: 15. Juni 2016
Letzte Überarbeitung: 11. Oktober 2023