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2020 | Book

Thermodynamische Potenziale und Zustandssumme

Ein Überblick über die Definitionen in der Thermodynamik

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Dieses essential gibt einen Überblick über die Definitionen und die Bedeutung thermodynamischer Potenziale und ermöglicht auch Einsteigern ein Verständnis der Thematik, welche eine Voraussetzung für die moderne Physik, die Chemie, Biologie und Technik ist. Der Schwerpunkt liegt auf den Grundlagen und aktuellen Fragestellungen. Es schlägt eine Brücke zwischen den beiden Thermodynamik-Vorlesungen: der einfachen Wärmelehre im 1. oder 2. Semester und der anspruchsvollen Statistischen Physik im 5. Semester. Das essential ist Teil einer dreiteiligen Reihe zur Thermodynamik zusammen mit Temperatur und Wärme – was ist das wirklich? und Die Eigenschaften der Stoffe: Suszeptibilitäten und Transportkoeffizienten.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung
Zusammenfassung
Thermodynamische Potenziale sind Energiefunktionen, die für verschiedene spezielle Anwendungsgebiete entwickelt wurden. Sie leiten sich alle vom Ausdruck für die innere Energie U her, die sozusagen das Basispotenzial darstellt.
Klaus Stierstadt
Kapitel 2. Definition und Eigenschaften der thermodynamischen Potenziale
Zusammenfassung
Wie schon erwähnt, sind die thermodynamischen Potenziale nichts weiter als spezielle Energieausdrücke, die für verschiedene praktische Zwecke von Nutzen sind. Solche Zwecke sind zum Beispiel Experimente bei konstant gehaltener Temperatur, bei konstantem Druck oder konstantem Volumen, bei konstantem elektrischem oder magnetischem Feld usw. Im Prinzip kann ja jede der in Gl. (1.4) vorkommenden Größen konstant gehalten werden, je nach den Bedingungen, unter denen ein bestimmter Vorgang oder Prozess ablaufen soll.
Klaus Stierstadt
Kapitel 3. Die Berechnung thermodynamischer Potenziale
Zusammenfassung
Die im vorigen Kapitel definierten thermodynamischen Potenziale können sämtlich mit geeigneten Kalorimetern gemessen werden (s. z. B. Franz X. Eder, „Arbeitsmethoden der Thermodynamik“, Berlin 1983). Die wichtigsten und am häufigsten benutzten Potenziale sind die innere Energie U, die Enthalpie H, die freie Energie F und die freie Enthalpie G. Öfters braucht man auch das große Potenzial J = U − TS − µN.
Klaus Stierstadt
Kapitel 4. Das chemische Potenzial
Zusammenfassung
Wir behandeln in diesem Kapitel das schon in Gl. (1.4) eingeführte sogenannte chemische Potenzial µ. „Sogenannt“, weil es nicht, wie die übrigen thermodynamischen Potenziale, die Energie eines Körpers unter bestimmten Bedingungen beschreibt. Vielmehr ist µ eine spezifische Energie, nämlich als Energie pro Teilchen oder pro Mol definiert. Auch spielt µ nicht nur in der Chemie eine Rolle, sondern auch in der Physik und in der Biologie.
Klaus Stierstadt
Kapitel 5. Maxwell-Beziehungen und Suszeptibilitäten
Zusammenfassung
Die thermodynamischen Potenziale haben, außer ihrer Bedeutung für den Vergleich zwischen Experiment und Theorie (s. Kap. 2), noch eine andere sehr nützliche Eigenschaft: Ihre gemischten zweiten Ableitungen nach den intensiven Variablen liefern interessante Zusammenhänge zwischen verschiedenen verschiedenen Suszeptibilitäten bzw. Response-Funktionen (vom lateinischen: suscipere, aushalten und respondere, antworten). Darunter versteht man Kenngrößen, welche die Reaktion einer Stoffeigenschaft auf eine Änderung der äußeren Parameter (T, P, µ, B usw.) beschreiben.
Klaus Stierstadt
Backmatter
Metadata
Title
Thermodynamische Potenziale und Zustandssumme
Author
Prof. Dr. Klaus Stierstadt
Copyright Year
2020
Electronic ISBN
978-3-658-28993-5
Print ISBN
978-3-658-28992-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-28993-5

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