Thermodynamik 2.
den 18. Oktober 2019
Dr. Szilvia Barkó
Prüfungsthema
Nullter, erster und zweiter Hauptsatz der
Thermodynamik. Entropie. Thermodynamische Wahrscheinlichkeit, die statistische Definition
der Entropie.
In dem Buch: 245-252.
Physikalische Größen, die den Zustand des Systems beschreiben.
Druck
Temperatur
Volumen
Masse
Zustandssgrößen: hängen vom Prozessweg
NICHT ab.
Zustandsänderung
V p
Ausgangszustand
Endzustand
Prozessgrößen: hängen vom Prozessweg ab.
I. Die Arbeit W [J] (Joule)
Die von einem System oder an einem System verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung seiner Energie.𝑊 = 𝐹 ∙ 𝑠
Positiv: wenn sie dem System zugeführt wird
Negativ: das System „arbeitet”
Volumenänderungsarbeit:
𝑊 = −𝑝 ∙ ∆𝑉
Volumetrische Arbeit
𝑊 = 𝑝 ∙ ∆𝑉
II. Die Wärme Q [J] (Joule)
Die Wärme gibt an, wie viel thermische Energie von einem Körper auf einen anderen Körper übertragen wird.
Positiv: wenn sie dem System zugeführt wird
Negativ: das System gibt Wärme ab
Wärmekapazität
𝐶 = ∆𝑄
∆𝑇
[𝐽]
[𝐾]
Prozessgrößen: hängen vom Prozessweg ab.
Nullter Hauptsatz
Wenn zwei Systeme im thermischen
Gleichgewicht mit einem dritten System sind,
dann sind sie im thermischen Gleichgewicht
miteinander.
Erster Hauptsatz
(=Energieerhaltungssatz)
Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, sie kann aber weder
erzeugt noch vernichtet werden.
∆𝑈 = 𝑄 + 𝑊
𝑊 = ±𝑝 ∙ ∆𝑉
Perpetuum mobile erster Art
Es würde eine periodisch arbeitende Maschine, die bei einem Umlauf Energie abgibt und sich anschließend
wieder im gleichen thermodynamischen Zustand wie am Anfang befindet. Eine solche Maschine ist in der Lage, mehr Energie zu erzeugen, als ihr von außen zugeführt wird.
„aus dem Nichts Energie erzeugen”
Zweiter Hauptsatz
„Es gibt keine Zustandsänderung, deren einziges Ergebnis die Übertragung von Wärme von einem Körper niederer auf einen Körper höherer Temperatur ist.„
(Formulierung von Clausius)
→Aussage über die Richtung der Energieübertragerung bei Vorgängen in Natur.
16⁰C 6⁰C
Schatz, mir ist kalt.
Wie viel Grad ist drin?
Und draussen?
Dann lass es rein.
?
Formulierung 1/3.
„Es gibt keine Zustandsänderung, deren einzige Ergebnisse das Abkühlen eines Körpers und das Heben eines Gewichtes sind.„
(Formulierung von Kelvin und Planck)
Perpetuum mobile zweiter Art
→durch örtliche Abkühlung gewonnene Wärme soll komplett in mechanische Arbeit umgesetzt werden
→ z.B.: ein Schiff, welches bei seiner Fahrt über ein Gewässer ausschließlich durch Energie angetrieben wird, die als Wärme aus dem Wasser entzogen wird
Q Q Q
W
→ verletzt nicht den ersten thermodynamischen Hauptsatz, sondern den zweiten
Formulierung 2/3.
Zu die dritte Formulierung
„Es gibt eigentlich in der Gleichgewichtsthermodynamik nur einen einzigen schwer fassbaren Begriff der aber dafür einer wohl definierten Größe
entspricht, mit der man problemlos rechnen kann.”
Die Entropie
Bei irreversiblen Prozessen geht die Gesamtheit von System und Umgebung in einen Zustand höherer
Unordnung über.
Bei reversiblen Prozessen bleibt die Unordnung konstant.
Als Maß für die Ordnung (oder Unordnung) eines Systems benutzt man die Größe: Entropie (S)
Entropieänderungen sind ein Maß für die
Irreversibilität von thermodynamischen Prozessen.
Unordnung - Entropie
Bei einer freiwilligen Zustandsänderung nimmt die Entropie eines abgeschlossenen Systems zu.
Formulierung 3/3.
∆𝑆 > 0
In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie niemals ab.
∆𝑆 ≥ 0
Thermodynamische (klassische) Definition der Entropie
∆𝑆 ≥ ∆𝑄 oder 𝑇
∆𝑆 ∙ T ≥ ∆𝑄
Clausiussche Ungleichung
> irreversibel
= reversibel
Die Triebkraft für den Ausgleichsvorgang ist ein Unterschied in der intensiven Variablen.
