Ein thermodynamischer Zustand ist ein Satz von Variablen eines thermodynamischen Systems, die spezifiziert werden müssen, um das System zu reproduzieren. Die einzelnen Parameter werden als Zustandsgrößen, Zustandsparameter oder thermodynamische Größen bezeichnet.
Wenn ein ausreichender Satz thermodynamischer Variablen angegeben wurde, sind die Werte aller anderen Eigenschaften des Systems eindeutig definiert. Die Anzahl der Werte, die zur Angabe des Zustands benötigt werden, hängt vom System ab und ist nicht immer bekannt.
Was ist eine Zustandsfunktion?
Zustandsfunktionen beschreiben den momentanen Zustand eines thermodynamischen Systems. Unabhängig davon, welchen Weg ein thermodynamischer Prozess nimmt, um von einem Zustand in einen anderen zu gelangen, ist die Gesamtänderung jeder Zustandsvariablen gleich. Dies bedeutet, dass inkrementelle Änderungen dieser Variablen exakte Differenzen sind.
Einige Beispiele für Zustandsfunktionen sind: Enthalpie, Entropie, innere Energie, Druck, Temperatur, spezifisches Volumen usw.
Diese Werte können sowohl intensive als auch extensive Größenordnungen haben.
Systemzustandsfunktionen haben im Allgemeinen eine gewisse Abhängigkeit voneinander. Die Abhängigkeit zwischen thermodynamischen Funktionen ist universell.
Es gibt mehrere thermodynamische Diagramme, die dazu dienen, die Übergänge zwischen thermodynamischen Zuständen zu modellieren.
Jedes System oder jede Stoffart ist durch eine Zustandsgleichung oder konstitutive Gleichung gekennzeichnet, die einige der Zustandsgrößen miteinander in Beziehung setzt. Dies liegt daran, dass Systeme im Gleichgewicht gemäß der Gibbs-Phasenregel eine endliche Anzahl von Freiheitsgraden haben.
Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts
In der Natur vorkommende Systeme sind oft dynamisch und komplex. Ihre Zustände können in vielen Fällen als annähernd ideale Bedingungen bezeichnet werden.
Einer dieser Idealzustände ist der Gleichgewichtszustand. Die Gesetze der Thermodynamik postulieren, dass alle isolierten Systeme dazu neigen, sich zu verändern, um sich dem Gleichgewichtszustand anzunähern.
Der Gleichgewichtszustand ist ein primitives Objekt der klassischen oder Gleichgewichtsthermodynamik, in der er als thermodynamischer Zustand bezeichnet wird. Es gibt verschiedene Arten von Gleichgewichtszuständen, die verschiedenen physikalischen Variablen entsprechen. Ein System erreicht das thermodynamische Gleichgewicht, wenn die Bedingungen aller relevanten Gleichgewichtsarten gleichzeitig erfüllt sind.
Nachfolgend sind einige verschiedene Arten von Waagen aufgeführt.
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Thermisches Gleichgewicht: Wenn sich ein System im thermischen Gleichgewicht befindet, ist die Temperatur im gesamten System gleichmäßig, das System befindet sich im thermischen Gleichgewicht.
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Mechanisches Gleichgewicht: Wenn an jedem Punkt innerhalb eines gegebenen Systems keine Druckänderung und keine Materialbewegung stattfindet.
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Phasengleichgewicht – Dies tritt auf, wenn die Masse für jede einzelne Phase einen Wert erreicht, der sich mit der Zeit nicht ändert.
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Chemisches Gleichgewicht: Im chemischen Gleichgewicht hat sich die chemische Zusammensetzung eines Systems stabilisiert und ändert sich nicht mit der Zeit.
