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2020 | Buch

Temperatur und Wärme – was ist das wirklich?

Ein Überblick über die Definitionen in der Thermodynamik

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Über dieses Buch

Dieses essential vermittelt eine Einführung in die Thermodynamik 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. Das Buch schlägt eine Brücke zwischen den beiden Thermodynamik-Vorlesungen: der einfachen Wärmelehre im 1. oder 2. Semester und der anspruchsvollen Statistischen Physik im 5. Semester. Was Sie in der Zwischenzeit vergessen haben, oder was im 5. Semester vorausgesetzt wird, das finden Sie in diesem essential.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung

Temperatur, Wärme und Entropie sind allgemeine Eigenschaften von Materie und Strahlung. Sie werden im Rahmen der thermischen Physik bzw. der Thermodynamik behandelt. Die drei thermischen Größen sind nicht den einzelnen Atomen, Elementarteilchen oder Strahlungsquanten zugeordnet, sondern sie treten erst bei Systemen von sehr vielen solcher Objekte in Erscheinung

Klaus Stierstadt
Kapitel 2. Was ist Temperatur?
Zusammenfassung
Die Erfahrung zeigt, dass die Temperatur eines Körpers bei Zufuhr von Energie steigt und bei Entzug von Energie abnimmt. Zählt man die verschiedenen Möglichkeiten zusammen, die Energie eines Körpers auf seine Bestandteile zu verteilen, so erhält man eine Zustandszahl. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der Temperatur des Körpers. Dieser Zusammenhang heißt statistische Temperaturdefinition.
Klaus Stierstadt
Kapitel 3. Energiezustände eines Gasatoms
Zusammenfassung
Um die statistische Temperaturdefinition zu prüfen, müssen wir die Zustandsfunktion eines Körpers kennen. Man kann sie aus den Eigenschaften seiner Atome berechnen, was in den nächsten drei Kapiteln geschieht. Zunächst müssen wir die möglichen Energiezustände eines mikroskopischen Teilchens kennen lernen.
Klaus Stierstadt
Kapitel 4. Berechnung der Zustandszahl Ω eines idealen Gases
Zusammenfassung
Aus den Energiezuständen eines Atoms lässt sich die Anzahl der Möglichkeiten berechnen, die Energie auf die Atome eines Körpers zu verteilen. Diese Zustandszahl ist eine Funktion der Eigenschaften der Atome und zugleich die Basis aller thermodynamischen Größen.
Klaus Stierstadt
Kapitel 5. Die statistische Temperaturdefinition beim idealen Gas
Zusammenfassung
Jetzt sind wir in der Lage, die statistische Temperaturdefinition aus Kap. 2 zu prüfen. Das wird für ein ideales Gas durchgeführt und erweist sich als richtig. Es ergibt sich ein ganz neues Temperaturgefühl.
Klaus Stierstadt
Kapitel 6. Temperatur und Wärmekapazität eines Magneten

Hier werden die Zustandszahl und die innere Energie eines idealen Magneten berechnet. Daraus folgt die mikroskopische Beziehung für seine Temperatur und die Temperaturabhängigkeit seiner Wärmekapazität.

Klaus Stierstadt
Kapitel 7. Temperatur und Wärmekapazität eines idealen Kristalls
Zusammenfassung
Hier werden die Zustandszahl und die innere Energie eines idealen Kristalls berechnet. Daraus folgt die mikroskopische Beziehung für seine Temperatur und die Temperaturabhängigkeit seiner Wärmekapazität.
Klaus Stierstadt
Kapitel 8. Was ist Wärme?
Zusammenfassung
Der mikroskopische Unterschied zwischen Wärme und Arbeit wird erläutert. Beim Austausch von Wärme ändert sich die Zustandszahl, beim Austausch von Arbeit dagegen nicht.
Klaus Stierstadt
Kapitel 9. Die Entropie
Zusammenfassung
Ein makroskopischer und ein mikroskopischer Ausdruck für die Entropie werden verglichen. Es wird gezeigt, wie man die Entropie messen kann. Die Ununterscheidbarkeit der einzelnen Atome führt zur richtigen Abhängigkeit der Entropie von den Eigenschaften der Atome und von der Temperatur.
Klaus Stierstadt
Kapitel 10. Anhang: Das ideale Gas
Zusammenfassung
Für diejenigen Leser, die das ideale Gas in der Schule nicht gehabt haben oder es wieder vergessen haben: Die Eigenschaften eines idealen Gases als wichtigstes Modellsystem werden kurz erläutert. Die thermische und die kalorische Zustandsgleichung werden diskutiert.
Klaus Stierstadt
Backmatter
Metadaten
Titel
Temperatur und Wärme – was ist das wirklich?
verfasst von
Univ.-Prof. Dr. Klaus Stierstadt
Copyright-Jahr
2020
Electronic ISBN
978-3-658-28645-3
Print ISBN
978-3-658-28644-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-28645-3

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