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Über dieses Buch

Das vorliegende essential gibt einen Überblick über die wichtigsten Themen der Thermodynamik im Bachelorstudium. Es richtet sich an Studierende der Chemie mit Grundkenntnissen in der Differential- und Integralrechnung, die sich im Stile eines Tutoriums einführend informieren möchten. Der Autor behandelt die Hauptsätze der Thermodynamik, die Bedeutung wichtiger Zustandsfunktionen, das Konzept des Idealen und des Realen Gases, die Bedeutung des Carnot-Prozesses und die physikalischen Grundlagen der Luftverflüssigung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Das vorliegende essential richtet sich vorwiegend an Studierende der Chemie mit Grundkenntnissen in der Differenzial- und Integralrechnung, die im Stile eines Tutoriums einen Überblick über die wichtigsten Themen der Thermodynamik im Bachelorstudium erhalten möchten.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 2. Die vier Hauptsätze der phänomenologischen Thermodynamik

Für unseren Streifzug durch die Thermodynamik möchten wir bei den Grundpfeilern – den Hauptsätzen – beginnen und anschließend einige wichtige Konzepte vertieft betrachten.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 3. Transportgrößen und Wärmekapazität

Wir haben gelernt, dass die Thermodynamik Zustandsfunktionen (wie die Innere Energie) und Transportfunktionen (wie Arbeit und Wärme) verwendet, um thermodynamische Prozesse zu beschreiben. Nun möchten wir uns damit beschäftigen, wie wir die Arbeit W und Wärme Q berechnen können.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 4. Entropie

Die Frage, warum manche Prozesse spontan stattfinden und manche nicht, hat Wissenschaftler Jahre lang beschäftigt. Zunächst wurde angenommen, dass die Exothermie von Reaktionen der entscheidende Faktor ist. Das Betrachten von einfachen Beispielen aus dem Alltag zeigt jedoch, dass dies nicht der Fall sein kann: Ein Spiegel zerbricht spontan in einen Haufen aus Scherben doch ein Haufen aus Scherben wird niemals spontan ein Spiegel werden.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 5. Carnot-Prozess

Nachdem wir uns mit der Theorie zu Entropie und dem zweiten Hauptsatz beschäftigt haben, möchten wir uns nun mit der praktischen Anwendung beschäftigen: Wir möchten den maximalen Wirkungsgrad periodisch arbeitender Wärmekraftmaschinen bestimmen.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 6. Zustandsfunktionen und Zustandsänderungen

Die gesamte Thermodynamik basiert auf der Beschreibung von Prozessen durch Zustandsfunktionen, Zustandsgrößen und Transportgrößen. Nachfolgend möchten wir einige neue Zustandsgrößen einführen.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 7. Thermochemie

Die sogenannte Standardbildungsenthalpie $$\Delta _\mathrm{B} H^\circ $$ ist die Enthalpie für die Bildungsreaktion aus dem Elementen in ihrem stabilsten Zustand bei 1bar und der angegeben Temperatur. Das hochgestellte $$\circ $$ kennzeichnet, dass wir uns auf den Standardzustand beziehen.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 8. Ideales Gas

Beim Idealen Gas nimmt man an, dass es sich bei den einzelnen Teilchen im Gas um ausdehnungslose Massepunkte handelt, die keine Kräfte aufeinander ausüben. Da per Definition keine intermolekularen Kräfte wirken, ist die Innere Energie nur eine Funktion der Temperatur und nicht des Volumens oder Druckes. In guter Näherung kann beispielsweise Helium bei Raumtemperatur als Ideales Gas angesehen werden.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 9. Reale Gase

Bei der Beschreibung des Idealen Gases haben wir das Eigenvolumen und die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen vernachlässigt. In der Realität haben die Teilchen allerdings ein Eigenvolumen und wechselwirken auch miteinander. Deshalb kommt es besonders bei großen, gut polarisierbaren Molekülen zu deutlichen Abweichungen vom idealen Verhalten.

Kevin Maik Jablonka

Kapitel 10. Zweiphasengebiet

Der Verlauf der Isothermen im pV Diagramm wird durch die Steigung bestimmt, welche sich durch Ableiten der Druckform der Van-der-Waals-Gleichung berechnen lässt.

Kevin Maik Jablonka

Backmatter

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