Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Gesetze der Thermodynamik

Gesetze der Thermodynamik

Die Thermodynamik basiert hauptsächlich auf einem Satz von vier Gesetzen, die allgemeingültig sind, wenn sie auf Systeme angewendet werden, die unter die jeweils implizierten Beschränkungen fallen.

Das erste Prinzip, das eingeführt wurde, war der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, wie er 1824 von Sadi Carnot formuliert wurde. Bereits 1860 wurden zwei "Prinzipien" der Thermodynamik mit den Werken von Rudolf Clausius und William Thomson, Lord Kelvin, eingeführt. Mit der Zeit sind diese Prinzipien zu "Gesetzen" geworden. So behauptete Willard Gibbs 1873, dass es in seinen graphischen Methoden in der Fluidthermodynamik zwei absolute Gesetze der Thermodynamik gab. Derzeit werden insgesamt vier Gesetze verkündet. In den letzten 80 Jahren haben einige Autoren andere Gesetze vorgeschlagen, aber keine wurde einstimmig angenommen.

In den verschiedenen theoretischen Beschreibungen der Thermodynamik können diese Gesetze in scheinbar verschiedenen Formen ausgedrückt werden, aber die herausragendsten Formulierungen sind die folgenden:

  • Das Null-Prinzip der Thermodynamik hat verschiedene Inhalte, in verschiedenen Autoren und in verschiedenen Zusammenhängen; das heißt, es kann sich auf den einen oder anderen der beiden folgenden Aspekte der Gleichgewichtszustände eines thermodynamischen Systems beziehen: das Herstellen des thermodynamischen Gleichgewichts oder die Transitivität des thermischen Gleichgewichts.
  • Das erste Prinzip der Thermodynamik legt die Äquivalenz zwischen mechanischer Arbeit und der Wärmemenge als Formen des Energieaustausches zwischen einem System und der umgebenden Welt fest. Eine der Konsequenzen ist die Existenz einer staatlichen Funktion namens innere Energie.
  • Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist kompatibel mit einer Primärform, der Unfähigkeit thermischer Maschinen, die von einer Quelle etwas Wärme erhalten, um äquivalente mechanische Arbeit zu erzeugen. Eine der Konsequenzen ist die Existenz einer Zustandsfunktion namens Entropie.
  • Das dritte Prinzip der Thermodynamik besagt, dass die Entropie jedes Systems, wenn die Temperatur zum absoluten Nullpunkt tendiert, gegen Null geht. Es ist nicht das Ergebnis der direkten Abstraktion der experimentellen Tatsachen, sondern die Ausdehnung der Konsequenzen der vorhergehenden Prinzipien.

Nullgesetz der Thermodynamik

Das thermodynamische Gleichgewicht des Systems wird als der Zustand definiert, in dem die davon empirischen Variablen verwendet, um einen Zustand des Systems (Druck, Volumen, elektrisches Feld, Polarisation, Magnetisierung, linearer Druck, Oberflächenspannung, etc.) zu definieren, sind gekommen zu einem Gleichgewichtspunkt und variieren also nicht im Laufe der Zeit, dh sie sind nicht zeitabhängig sind. Diese empirischen Variablen (experimentell) ist ein System bekannt als thermodynamisches Koordinatensystem.

Dieses Prinzip heißt thermodynamisches Gleichgewicht. Wenn zwei Systeme A und B im thermodynamischen Gleichgewicht sind und B im thermodynamischen Gleichgewicht mit einem dritten C-System steht, dann befinden sich A und C im thermodynamischen Gleichgewicht. Dieser Grundsatz ist grundlegend, obwohl er weitgehend akzeptiert wird; es wurde erst formell formuliert, nachdem die anderen drei Gesetze verkündet worden waren. Daher erhält es die Position 0.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik wird auch als das Prinzip der Energieerhaltung für die Thermodynamik bezeichnet. Dieses thermodynamische Gesetz besagt, dass, wenn an einem System gearbeitet wird oder Wärme mit einem anderen System ausgetauscht wird, sich die innere Energie des Systems ändert.

In anderer Hinsicht erlaubt dieses Gesetz, Wärme als die notwendige Energie zu definieren, die das System austauschen muss, um die Unterschiede zwischen Arbeit und innerer Energie auszugleichen. Es wurde von Antoine Lavoisier vorgeschlagen.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik regelt die Richtung, in der thermodynamische Prozesse ausgeführt werden müssen, und daher die Unmöglichkeit, in der entgegengesetzten Richtung zu entstehen. Es stellt in einigen Fällen auch die Unmöglichkeit der vollständigen Umwandlung aller Energie von einem Typ in einen anderen ohne Verluste fest. Auf diese Weise erlegt das zweite Gesetz Beschränkungen für Energieübertragungen auf, die hypothetisch unter Berücksichtigung nur des ersten Prinzips der Thermodynamik durchgeführt werden könnten.

Dieses Gesetz erlaubt es uns, eine physikalische Größe zu definieren, die Entropie genannt wird, so dass für ein isoliertes System, das keine Materie oder Energie mit seiner Umgebung austauscht, die Entropieänderung immer größer oder gleich Null und nur gleich Null sein muss wenn der Prozess reversibel ist

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Der dritte von Walther Nernst vorgeschlagene Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass es unmöglich ist, durch eine endliche Anzahl physikalischer Prozesse eine Temperatur zu erreichen, die dem absoluten Nullpunkt entspricht. Das dritte Prinzip der Thermodynamik kann auch so formuliert werden, dass sich ein gegebenes System dem absoluten Nullpunkt nähert und seine Entropie zu einem bestimmten konstanten Wert tendiert.

Die Entropie von reinen kristallinen Festkörpern kann mit dem Wert von Null bei Temperaturen gleich dem absoluten Nullpunkt betrachtet werden. Es ist kein Begriff, der von der klassischen Thermodynamik gefordert wird, daher ist es wahrscheinlich unangebracht, von "Gesetz" zu sprechen.

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Geändert am: 28. August 2018