„Thermodynamik“ – Versionsunterschied
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[[Datei:Triple expansion engine animation.gif|mini|Typischer thermodynamischer Vorgang am Beispiel der prinzipiellen Wirkungsweise eines durch Dampf betriebenen Motors (rot = sehr heiß, gelb = weniger heiß, blau = Endtemperatur des Mediums)]]
Die '''Thermodynamik''' (von {{grcS|θερμός|thermós|de=warm}}, sowie {{grcS|δύναμις|dýnamis|de=Kraft}}<ref>Wilhelm Gemoll: ''Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch.'' München/Wien 1965.</ref>) oder umgangssprachlich '''Wärmelehre''' ist eine [[Naturwissenschaften|natur-]] und [[Ingenieurwissenschaften|ingenieurwissenschaftliche]]<ref>Wird als „Grundlagenwissenschaften der Technik“ bezeichnet (Baehr, Kabelac: ''Thermodynamik.'' 15. Auflage, S. V, als „Fachmodule der Ingenieurwissenschaften“, „ingenieurtechnische Wissenschaft“ und „Teilgebiet der Physik“ (Barth: ''Thermodynamik für Maschinenbauer.'' 2011, S. V, 2.)</ref> [[Einzelwissenschaft|Disziplin]].
Sie hat ihren Ursprung im Studium der [[Dampfmaschine]]n und ging der Frage nach, wie man [[Wärme]] in [[mechanische Arbeit]] umwandeln kann. Dazu beschreibt sie Systeme aus hinreichend vielen Teilchen und deren Zustandsübergänge anhand von [[makroskopisch]]en [[Zustandsgröße]]n, die statistische Funktionen der detaillierten [[Vielteilchenzustände]] darstellen.
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Eine zentrale Bedeutung haben die Hauptsätze der Thermodynamik, die eine ähnliche Stellung einnehmen wie die [[Newtonsche Gesetze|Newtonschen Axiome]] in der [[Klassische Mechanik|klassischen Mechanik]] oder die [[Maxwell-Gleichungen]] in der [[Elektrodynamik]].
* Der [[Erster Hauptsatz der Thermodynamik|erste Hauptsatz]] besagt, dass die gesamte Energie in einem [[Abgeschlossenes System|abgeschlossenen System]] konstant ist. Dieser Satz ist auch als [[
* Der [[Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik|zweite Hauptsatz]] drückt aus, in welcher ''Richtung'' spontane Energieumwandlungen möglich sind.
In der Thermodynamik gibt es zwei verschiedene Herangehensweisen, die sich darin unterscheiden, ob Stoffe als [[Kontinuum (Physik) #Kontinuum in der Materie|Kontinuum]] betrachtet werden, die sich beliebig teilen lassen, oder ob sie als Ansammlung von Teilchen wie [[Atom]]en oder [[Molekül]]en gesehen werden:<ref>Herwig Kautz: ''Technische Thermodynamik.'' Pearson Studium, München, 2007, S. 20.</ref><ref>Windisch ''Thermodynamik – Ein Lehrbuch für Ingenieure.'' Oldenbourg, 3. Auflage, 2008, S. 2 f.</ref><ref>Bökh, Stripf: ''Technische Thermodynamik.'' Springer, 2. Auflage, 2015, S. 1.</ref>
* Die ältere Herangehensweise betrachtet Stoffe als Kontinuum und wird als '''klassische''', '''phänomenologische''' oder '''Technische Thermodynamik'''<!--"Technisch" wird in diesem Zusammenhang immer groß geschrieben--> (auch '''Technische Wärmelehre''') bezeichnet und benutzt Begriffe wie [[Wärme]], [[Druck (Physik)|Druck]], [[Volumen]] und [[Temperatur]]. Sie ist Teil der [[Klassische Physik|Klassischen Physik]] und vieler Ingenieurwissenschaften. Wenn die betrachteten Systeme aus mindestens <math>10^{22}</math> Teilchen bestehen, was bei technischen Systemen immer der Fall ist, so ist dies eine sehr gute Näherung.
* Die [[statistische Thermodynamik]] dagegen geht von einzelnen Teilchen aus und beschreibt sie wegen ihrer großen Anzahl mit [[Statistik|statistischen]] Methoden und der [[Kinetische Gastheorie|kinetischen Gastheorie]]. Sie ist daher Teil der [[Statistische Physik|Statistischen Physik]] und erklärt beispielsweise, wie der Druck eines Gases auf den Behälter durch Stöße der einzelnen Moleküle des Gases entsteht oder wie die Temperatur mit der kinetischen Energie der Teilchen zusammenhängt. Diese Herangehensweise dient somit als Erklärung für verschiedene Phänomene und als theoretisches Fundament für die Hauptsätze, bietet aber für die Analyse oder Berechnung in den ''Ingenieurwissenschaften'' keine Vorteile, sodass sie dort nicht verfolgt wird.
Die Thermodynamik befasst sich einerseits mit verschiedenen Prozessen, wenn daran Wärme beteiligt ist, ohne auf die Besonderheiten der daran beteiligten Stoffe einzugehen. Von besonderer Bedeutung sind [[Thermodynamischer Kreisprozess|thermodynamische Kreisprozesse]], die in der Technik häufig vorkommen. Andererseits macht die Thermodynamik Aussagen über die verschiedenen [[Aggregatzustand|Aggregatzustände]] von Stoffen und deren Wechsel (Schmelzen, Sieden, Verdampfen …).Ein
== Bedeutung ==
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** [[Isotherme Zustandsänderung|isotherm]] (erhält die Temperatur),
** [[isenthalp]] (erhält die Enthalpie) oder
** [[isentrop]] (erhält die Entropie, daher reversibel); Eine isentrope Zustandsänderung erfolgt
* Abgeschlossene, geschlossene und offene Systeme:
** [[Abgeschlossenes System (Thermodynamik)|Abgeschlossene]] oder isolierte Systeme tauschen weder Stoffe noch Energie mit ihrer Umwelt aus.
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** Diatherme Systeme übertragen nur Wärme nach außen.<ref name="ThermoIng" />
* ''Systemgrenzen'' oder ''Bilanzhüllen'' sind virtuelle Grenzen, um ein System zu analysieren ([[Stoffstromanalyse]]). In einer [[Bilanzgleichung]] kann die Veränderung einer Zustandsgröße innerhalb der Systemgrenze betrachtet werden
* Ein [[reversibler Prozess]] ist immer isentop, der Prozess lässt sich (theoretisch) jederzeit umkehren, ohne dass Änderungen an der Umgebung entstehen. Reversible Prozesse bilden die theoretische Grenze zwischen möglichen/realen und naturgesetzwidrigen Prozessen. Reversible
* Ein [[ideales Gas]] ist ein vereinfachtes Modell für stark verdünnte Gase, bei denen die einzelnen Teilchen praktisch keine [[Kohäsion (Chemie)|Kohäsionswirkung]] aufeinander ausüben und bei denen das Eigenvolumen der Gasatome bzw. -moleküle vernachlässigbar ist.
* Hat ein [[reales Gas]] die [[Joule-Thomson-Effekt|Inversionstemperatur]], so behält es bei einem [[Reduzierung|Drosselvorgang]] seine Temperatur bei. Unterhalb der Inversionstemperatur kühlt es sich durch die Drosselung ab, darüber heizt es sich auf.<ref>Siehe Abschnitt 15.2 „Joule-Thomson-Effekt oder Drosseleffekt“ in Bošnjaković/Knoche „Technische Thermodynamik Teil 1“, 8. Auflage, Steinkopff-Verlag Darmstadt 1998, ISBN 978-3-642-63818-3.</ref> Ideale Gase erhalten ihre Temperatur bei der Drosselung.
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== Nullter Hauptsatz ==
[[Datei:Nullter Hauptsatz der Thermodynamik.svg|mini|Illustration des '''Nullten Hauptsatzes der Thermodynamik''': Gegeben sind die thermodynamischen Systeme '''A''', '''B''' und '''C'''. Steht '''A''' mit '''B''' und '''B''' mit '''C''' in einem thermischen Gleichgewicht, so steht '''A''' mit '''C''' ebenso im Gleichgewicht. Nach einer gewissen Zeit besitzen alle drei Systeme die gleiche Temperatur.
Wenn ein System A sich mit einem System B sowie B sich mit einem System C im [[Thermisches Gleichgewicht|thermischen Gleichgewicht]] befindet, so befindet sich auch A mit C im thermischen Gleichgewicht. Die [[Zustandsgröße]], die bei diesen Systemen übereinstimmt, ist die [[Temperatur]], die [[Skalar (Mathematik)|skalar]], [[Intensive Größe|intensiv]] und überall im System gleich ist.
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Die genannten Aussagen können mit Methoden der Quantenstatistik streng bewiesen werden.
== Energieberechnungen in der Thermodynamik ==
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== Vertreter ==
{{Mehrspaltige Liste |breite=16em |anzahl= |abstand= |liste=
* [[Pierre
* [[James Prescott Joule]]
* [[Nicolas Léonard Sadi Carnot]]
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