Das Buch "Einführung in die Thermodynamik" richtet sich vorrangig an Studenten der Ingenieurswissenschaft und ist darauf abgestimmt, die angesprochene Thematik innerhalb eines Semesters zu vermitteln. Dabei wird die Historie der Thermodynamik angesprochen und die mathematischen Herleitungen der betrachteten Hauptsätze gezeigt. Die faktisch unübersehbare Vielfalt, die mit der Thermodynamik verbunden ist, erforderte naturgemäß eine Spezifizierung der Stoffauswahl, insbesondere bei der begrenzten Zeit eines Semesters.
Im Einzelnen waren hierfür besonders folgende Überlegungen leitend: Bekanntlich ruht die Thermodynamik auf den Säulen der vier Hauptsätze. Ohne ein grundlegendes Verständnis dieser Begriffe ist ein echter Zugang zur Thermodynamik nicht möglich. Deshalb wird die Entwicklung derselben, insbesondere die ersten beiden Hauptsätze, ausführlicher dargestellt. Als exemplarische Anwendungen werden die Verflüssigung von Gasen nach van der Waals sowie das Massenwirkungsgesetz von Guldberg und Waage behandelt.
Inhaltsverzeichnis
- ZUR BEDEUTUNG DER THERMODYNAMIK
- GRUNDBEGRIFFE DER MOLEKULARMECHANIK
- DER NULLTE HAUPTSATZ
- DAS IDEALE GAS
- DER ERSTE HAUPTSATZ
- DER ZWEITE HAUPTSATZ
- DER DRITTE HAUPTSATZ
- THERMODYNAMISCHE POTENTIALE UND GLEICHGEWICHTSBEDINGUNGEN
- DAS VAN DER WAALS'SCHE GAS
- DAS MASSENWIRKUNGSGESETZ VON GULDBERG UND WAAGE
- LITERATUR
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Monographie bietet eine umfassende Einführung in die Thermodynamik und basiert auf Vorlesungen an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg. Das Buch legt besonderen Wert auf die Entwicklung der vier Hauptsätze der Thermodynamik und deren Bedeutung für die theoretische und praktische Anwendung.
- Die Entwicklung und Bedeutung der vier Hauptsätze der Thermodynamik
- Exemplarische Anwendungen der Thermodynamik, wie die Verflüssigung von Gasen nach van der Waals und das Massenwirkungsgesetz von Guldberg und Waage
- Die Rolle der Atomhypothese in der Thermodynamik und deren Auswirkungen auf das Weltbild
- Die Bedeutung der Entropie und ihre statistische Interpretation nach Boltzmann
- Die Anwendung der Thermodynamik in verschiedenen Bereichen wie Thermochemie, Thermoelektrik, Meteorologie und Biologie
Zusammenfassung der Kapitel
- ZUR BEDEUTUNG DER THERMODYNAMIK
Dieses Kapitel diskutiert die Bedeutung der Thermodynamik als eine axiomatisch aufgebaute Wissenschaft, die ein Beispiel für die logische Struktur wissenschaftlicher Erkenntnis darstellt. Es werden die vier Hauptsätze der Thermodynamik vorgestellt und deren fundamentale Bedeutung für die Physik und das Weltbild hervorgehoben.
- GRUNDBEGRIFFE DER MOLEKULARMECHANIK
Dieses Kapitel führt grundlegende Begriffe der Molekularmechanik ein, die für die Beschreibung thermodynamischer Prozesse auf atomarer Ebene notwendig sind. Es werden die Stoffmenge, das Mol, molare Größen, sowie die spezifische Molekülzahl definiert und erläutert.
- DER NULLTE HAUPTSATZ
Dieses Kapitel stellt den Nullten Hauptsatz der Thermodynamik vor, der die Existenz der Temperatur als Zustandsgröße definiert und die Beziehung zwischen Temperatur, mittlerer Energie und Freiheitsgrad des Moleküls beschreibt. Es wird auch die Planck-Boltzmann'sche Konstante und deren Bedeutung für das Boltzmann'sche Prinzip erläutert.
- DAS IDEALE GAS
Dieses Kapitel behandelt das Konzept des idealen Gases, ein theoretisches Modell, das das Verhalten von Gasen unter bestimmten Bedingungen beschreibt. Es werden die räumliche Verteilung der Moleküle, die Boltzmann-Verteilung, die Verteilung der Geschwindigkeiten und die Zustandsgleichung des idealen Gases erläutert.
- DER ERSTE HAUPTSATZ
Dieses Kapitel stellt den Ersten Hauptsatz der Thermodynamik vor, der den Energieerhaltungssatz formuliert und die Beziehung zwischen Wärme, Arbeit und innerer Energie eines Systems beschreibt. Es werden die Mayer'sche Äquivalenzprinzip und der Mayer'sche Kreislaufprozess erläutert, sowie die Berechnung der spezifischen Wärmen Cp und Cv.
- DER ZWEITE HAUPTSATZ
Dieses Kapitel befasst sich mit dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der die Unumkehrbarkeit von Prozessen in der Natur beschreibt und die Entropie als Zustandsgröße einführt. Es werden reversible und irreversible Prozesse erläutert, sowie der Carnot'sche Kreisprozess und der Carnot'sche Wirkungsgrad.
- DER DRITTE HAUPTSATZ
Dieses Kapitel behandelt den Dritten Hauptsatz der Thermodynamik, der die Integrationskonstante bei der Entropie festlegt und die Aussage beinhaltet, dass der absolute Nullpunkt der Temperatur nicht erreichbar ist.
- THERMODYNAMISCHE POTENTIALE UND GLEICHGEWICHTSBEDINGUNGEN
Dieses Kapitel stellt die thermodynamischen Potentiale wie Energie, Enthalpie, Freie Energie und Freie Enthalpie vor und leitet deren Differentialgleichungen her. Es werden die Gleichgewichtsbedingungen für die Freie Enthalpie unter isobaren und isothermen Bedingungen erläutert.
- DAS VAN DER WAALS'SCHE GAS
Dieses Kapitel beschreibt das Van der Waals'sche Gas, ein erweitertes Modell, das die Kohäsionskräfte zwischen den Molekülen und das Volumen der Moleküle berücksichtigt. Es werden die Zustandsgleichung, der Ausdehnungskoeffizient, die Isothermen, die Abhängigkeit der Energie und die Entropie des Van der Waals'schen Gases erläutert.
- DAS MASSENWIRKUNGSGESETZ VON GULDBERG UND WAAGE
Dieses Kapitel behandelt das Massenwirkungsgesetz von Guldberg und Waage, das die Gleichgewichtsbedingungen für chemische Reaktionen beschreibt. Es werden die Zustandsvariablen bei Mischungen, die Entropievermischung und die Herleitung des Massenwirkungsgesetzes erläutert.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Thermodynamik, die vier Hauptsätze der Thermodynamik, das ideale Gas, das Van der Waals'sche Gas, die Entropie, das Boltzmann'sche Prinzip, das Massenwirkungsgesetz, die Freie Enthalpie, die Verflüssigung von Gasen, der Joule-Kelvin-Prozess, die Inversionskurve, die Dampfdruckkurve und die Clapeyronsche Gleichung.
- Quote paper
- Dr. Wolfgang Schlageter (Author), 2015, Einführung in die Thermodynamik, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/275330
