Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik an der Universität Hamburg

Druck: Entweder als Druckwert (950 hPa) oder als Stöße von Teilchen interpretierbar

Thermischer Zustand: Entweder als Temperaturwert (280 k) oder als die mittlere kinetische Energie aller Teilchen

Zustandskoordinaten sind linear unabhängige Zustandsvariablen, mit denen der Zustand des Systems beschreibbar wird

→ Die Zustandsvariablen hängen dabei über die Zustandsfunktion miteinander zusammen

→ Daher reicht es zwei Koordinaten zu
kennen, die dritte lässt sich über Zustandsfunktionen errechnen

→ Energieerhaltung
→ Impulserhaltung

→ Massenerhaltung

→ Zustandsgröße beschreibt  Zustand eines thermodynamischen Systems 

→ messbar, aber wegunabhängig 

→ D.h egal und unbekannt wie es in den Zustand gekommen ist 

→ Prozessgrößen sind keine Eigenschaften des Systems, sondern eines Vorganges

→ Zur Charakterisierung Weg der Zustandsänderung relevant.

→ Extensive Größen sind direkt proportional zur Masse eines Systems (z.B. Volumen).

→ Intensive Größen sind unabhängig von der Masse (z.B. Druck oder Temperatur)

Abgeschlossenes System 

→ Systemgrenze ist für Energie und Stoffe undurchlässig (z.B.
Thermoskanne)

Geschlossenes System

→ Systemgrenze ist für Stoffe undurchlässig (z.B. Kühlschrank)

Offenes System 

→ Systemgrenze ist für Energie und Stoffe durchlässig (z.B. offenes Reagenzglas)

→ Tripelpunkt von Wasser ist bei 0.01◦C 

→ Kritische Punkt bei 374◦C und 221 bar

Tripelpunkt 

→ Zustand eines homogenen Systems (bspw. nur Wasser) 

→ alle drei Aggregatzustände koexistieren → Thermodynamisches Gleichgewicht bei bestimmtem Druck und Temperatur

Kritischer Punkt

→ thermodynamischer Zustand eines Stoffes, bei dem die Dichten von flüssiger und gasförmiger Phase sich angleichen

→ Unterschiede zwischen beiden Aggregatzuständen verschwinden

→ Im Phasendiagramm ist es der Punkt am oberen Ende der Dampfdruckkurve

→ schwache Form der Stabilität also stabil gegen kleine Änderungen, aber instabil gegenüber größeren Änderungen 

→ Die schwächste Form der Metastabilität ist Labilität, dort reicht eine infinitesimale Störung, damit das System seinen Ausgangszustand verliert

→ Bsp. Wasser kann unterkühlen, wenn es komplett in Ruhe ist und Eiskeime fehlen

→ Hat negative Steigung

→ Hervorgerufen durch die Anomalie des Wassers, das Wasser bei 4 °C seine höchste Dichte hat

→ Bsp. Wasser

→ negative Steigung spiegelt die Anomalie des Wassers wieder

→ Wasser hat größte Dichte bei 4 °C  

→ Anschließend sinkt die Dichte wieder (negative Steigung im Phasendiagramm)

1. Phänomenologische Betrachtungsweise

→ Beschreibung thermodynamischer Systeme mit Hilfe makroskopischer Zustands- und Prozessgrößen

→ Charakterisierung durch dynamische Gesetze

2. Kinetisch-statistische Betrachtungsweise 

→ Beschreibung t.dyn. Systeme mit Hilfe mikroskopischer Größen (Teilchengrößen)

→ Charakterisierung durch statistische (stochastische) Gesetze

→ Schwankungserscheinungen nur mit 2. erfassbar