Thermodynamischer Zustand - Wikipedia

Für die Thermodynamik ist ein thermodynamischer Zustand eines Systems sein Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt, Scheich, der vollständig durch Werte eines geeigneten Satzes von Parametern identifiziert wird, die als Zustandsvariablen, Zustandsparameter oder thermodynamische Variablen bezeichnet werden. Sobald ein solcher Satz von Werten für thermodynamische Variablen für ein System festgelegt wurde, werden die Werte aller thermodynamischen Eigenschaften des Systems eindeutig bestimmt. Normalerweise wird standardmäßig ein thermodynamischer Zustand als thermodynamisches Gleichgewicht betrachtet. Dies bedeutet, dass der Zustand nicht nur der Zustand des Systems zu einer bestimmten Zeit ist, sondern dass der Zustand über eine unbegrenzt lange Zeit derselbe unveränderliche Zustand ist.

Die Thermodynamik stellt einen idealisierten Formalismus auf, der durch ein System von Postulaten der Thermodynamik zusammengefasst werden kann. Thermodynamische Zustände gehören zu den grundlegenden oder primitiven Objekten oder Begriffen des Formalismus, in denen ihre Existenz formal postuliert wird, anstatt von anderen Konzepten abgeleitet oder konstruiert zu werden ^{[1] [2] [3]}

Ein thermodynamisches System ist nicht einfach ein physikalisches System. ^[4] Vielmehr umfassen unbegrenzt viele verschiedene alternative physikalische Systeme ein gegebenes thermodynamisches System, da ein physisches System im Allgemeinen vorliegt viel mehr mikroskopische Eigenschaften als in einer thermodynamischen Beschreibung erwähnt. Ein thermodynamisches System ist ein makroskopisches Objekt, dessen mikroskopische Details in seiner thermodynamischen Beschreibung nicht explizit berücksichtigt werden. Die Anzahl der Zustandsvariablen, die zur Angabe des thermodynamischen Zustands erforderlich sind, hängt vom System ab und ist vor dem Experiment nicht immer bekannt. es wird normalerweise aus experimentellen Beweisen gefunden. Immer ist die Zahl zwei oder mehr; normalerweise ist es nicht mehr als einige Dutzend. Obwohl die Anzahl der Zustandsvariablen experimentell festgelegt ist, bleibt die Wahl, welche von ihnen für eine bestimmte bequeme Beschreibung verwendet werden soll; Ein gegebenes thermodynamisches System kann alternativ durch mehrere verschiedene Auswahlmöglichkeiten des Satzes von Zustandsvariablen identifiziert werden. Die Auswahl erfolgt üblicherweise anhand der Wände und der Umgebung, die für die für das System zu berücksichtigenden thermodynamischen Prozesse relevant sind. Wenn zum Beispiel die Wärmeübertragung für das System in Betracht gezogen werden soll, sollte eine Wand des Systems für Wärme durchlässig sein, und diese Wand sollte das System mit einem Körper in der Umgebung verbinden, der eine bestimmte zeitinvariante Temperatur hat ^{[5] [6]}

Für die Gleichgewichts-Thermodynamik befinden sich die Inhalte in einem thermodynamischen Zustand eines Systems in einem internen thermodynamischen Gleichgewicht, wobei beide Volumenströme gleich Null sind intern und zwischen System und Umgebung. Für Planck ist die räumliche Homogenität das Hauptmerkmal eines thermodynamischen Zustands eines Systems, das aus einer einzigen Phase besteht, wenn kein extern angelegtes Kraftfeld vorhanden ist. ^[7] Für Nichtgleichgewichts-Thermodynamik ein geeigneter Satz von Zustandsvariablen enthält einige makroskopische Variablen, z. B. einen räumlichen Temperaturgradienten ungleich Null, der eine Abweichung vom thermodynamischen Gleichgewicht anzeigt. Solche Nichtgleichgewichts-Identifizierungszustandsvariablen zeigen an, dass ein Teil der Strömung, der nicht Null ist, innerhalb des Systems oder zwischen System und Umgebung auftreten kann. ^[8]

Zustandsfunktionen [ edit ]

Neben den thermodynamischen Variablen die ursprünglich einen thermodynamischen Zustand eines Systems identifizieren, ist das System durch weitere Größen gekennzeichnet, die Zustandsfunktionen genannt werden, die auch Zustandsvariablen, thermodynamische Variablen, Zustandsgrößen oder Zustandsfunktionen genannt werden. Sie werden eindeutig durch den thermodynamischen Zustand bestimmt, da er durch die ursprünglichen Zustandsvariablen identifiziert wurde. Ein Durchgang von einem gegebenen thermodynamischen Anfangszustand zu einem gegebenen thermodynamischen Endzustand eines thermodynamischen Systems ist als thermodynamischer Prozess bekannt; Normalerweise ist dies die Übertragung von Materie oder Energie zwischen dem System und der Umgebung. Bei jedem thermodynamischen Prozess, wie auch immer die Zwischenbedingungen während des Durchlaufs sein mögen, hängt die jeweilige jeweilige Änderung des Werts jeder thermodynamischen Zustandsvariablen nur von den Anfangszuständen und den Endzuständen ab. Für einen idealisierten kontinuierlichen oder quasistatischen Prozess bedeutet dies, dass infinitesimale inkrementelle Änderungen in solchen Variablen exakte Differentiale sind. Zusammen bestimmen die inkrementellen Änderungen während des gesamten Prozesses sowie der Anfangs- und Endzustand den idealisierten Prozess.

In dem am häufigsten genannten einfachen Beispiel, einem idealen Gas, wären die thermodynamischen Variablen drei von den folgenden vier Variablen: Molzahl, Druck, Temperatur und Volumen. Somit würde der thermodynamische Zustand sich über einen dreidimensionalen Zustandsraum erstrecken. Die verbleibende Variable sowie andere Größen wie die innere Energie und die Entropie würden als Zustandsfunktionen dieser drei Variablen ausgedrückt. Die Zustandsfunktionen erfüllen bestimmte universelle Bedingungen, die in den Gesetzen der Thermodynamik ausgedrückt werden, und sie hängen von den Besonderheiten der Materialien ab, aus denen das konkrete System besteht.

Zur Modellierung der Übergänge zwischen thermodynamischen Zuständen wurden verschiedene thermodynamische Diagramme entwickelt.

Gleichgewichtszustand [ edit ]

Physikalische Systeme in der Natur sind praktisch immer dynamisch und komplex. In vielen Fällen können makroskopische physikalische Systeme jedoch aufgrund ihrer Nähe zu idealen Bedingungen beschrieben werden . Eine solche ideale Bedingung ist die eines stabilen Gleichgewichtszustands. Ein solcher Zustand ist ein primitiver Gegenstand der klassischen oder Gleichgewichtsthermodynamik, in dem er als thermodynamischer Zustand bezeichnet wird. Basierend auf vielen Beobachtungen postuliert die Thermodynamik, dass sich alle Systeme, die von der äußeren Umgebung isoliert sind, weiterentwickeln werden, um einzigartige stabile Gleichgewichtszustände zu erreichen. Es gibt verschiedene Arten von Gleichgewicht, die verschiedenen physikalischen Variablen entsprechen, und ein System erreicht ein thermodynamisches Gleichgewicht, wenn die Bedingungen aller relevanten Gleichgewichtsarten gleichzeitig erfüllt sind. Nachfolgend sind einige verschiedene Arten von Gleichgewicht aufgeführt.

• Thermisches Gleichgewicht : Wenn die Temperatur in einem System einheitlich ist, befindet sich das System im thermischen Gleichgewicht.
• Mechanisches Gleichgewicht : Wenn an jedem Punkt innerhalb eines gegebenen Systems keine Änderung des Drucks mit der Zeit auftritt und es findet keine Materialbewegung statt, das System befindet sich im mechanischen Gleichgewicht.
• Phasengleichgewicht : Dies tritt auf, wenn die Masse für jede einzelne Phase einen Wert erreicht, der sich mit der Zeit nicht ändert.
• Chemisches Gleichgewicht
• : Im chemischen Gleichgewicht hat sich die chemische Zusammensetzung eines Systems festgesetzt und ändert sich nicht mit der Zeit.

Referenzen [ edit

1. ^ Callen, HB (1960/1985), p. 13.
2. ^ Carathéodory, C. (1909)
3. ^ Marsland, R. III Brown, HR, Valente, G. (2015) ] ^ Jaynes, ET (1965), p. 397.
4. ^ Prigogine, I., Defay, R. (1950/1954), p. 1.
5. ^ Zemanksy, M. W., Dittman, R. H. (1937/1981), p. 6.
6. ^ M. Planck, (1923/1927), p. 3.
7. ^ Eu, B.C. (2002).

Bibliographie [ edit ]

• Bailyn, M. (1994). Eine Übersicht der Thermodynamik American Institute of Physics Press, New York, ISBN 0-88318-797-3.
• Cengel, Yunus; Michael A. Boels (2011). Thermodynamik ein technischer Ansatz . New York, NY: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-352932-5.
• Callen, H.B. (1960/1985). Thermodynamik und eine Einführung in die Thermostatistik (1. Auflage 1960) 2. Auflage 1985, Wiley, New York, ISBN 0-471-86256-8.
• Carathéodory, C. (1909). "Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik". Mathematische Annalen . 67 : 355–386. doi: 10.1007 / BF01450409. Eine Übersetzung kann hier gefunden werden. Eine meist verlässliche Übersetzung findet sich bei Kestin, J. (1976). Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsburg, PA
• Eu, B.C. (2002). Allgemeine Thermodynamik. Thermodynamik irreversibler Prozesse und verallgemeinerter Hydrodynamik Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, ISBN 1-4020-0788-4.
• Jaynes, E.T. (1965). Gibbs vs. Boltzmann-Entropien, Am. J. Phys. 33 : 391–398.
• Modell, Michael; Robert C. Reid (1974). Thermodynamik und ihre Anwendungen . Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0-13-914861-2
• Marsland, R. III Brown, H. R., Valente, G. (2015). Zeit und Irreversibilität in der axiomatischen Thermodynamik, Am. J. Phys. 83 (7): 628–634.
• M. Planck, (1923/1927). Abhandlung über Thermodynamik übersetzt von A. Ogg, dritte englische Ausgabe, Longmans, Green und Co., London,
• Prigogine, I., Defay, R. (1950/1954). Chemische Thermodynamik Longmans, Green & Co., London,
• Tisza, L. (1966). Generalized Thermodynamics M.I.T. Press, Cambridge MA
• Zemanksy, M. W., Dittman, R. H. (1937/1981). Wärme und Thermodynamik. Ein Zwischenbuch sechste Ausgabe, McGraw-Hill Book Company, New York, ISNM 0-07-072808-9.

Siehe auch [ edit ]