Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik an der Universität Hamburg

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Was sind reversible(1) und irreversible Prozesse(2)

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Wie unterscheiden sich Druck und Temperatur in beiden Betrachtungsweisen?

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Was ist eine Zustandskoordinate, was eine Zustandsfunktion?

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Welche Erhaltungssätze gibt es?

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Was ist der Unterschied zwischen einer Zustandsgröße und einer Prozessgröße?

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Was ist der Unterschied zwischen intensiven und extensiven Zustandsgrößen?

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Was für thermodynamische Systeme gibt es?


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Was ist die Einheit der Wärmekapazität und warum?

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Auf welche beiden verschiedenen Arten kann man Thermodynamik beschreiben?



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Was sind metastabile Zustände?

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Wo ist der Tripelpunkt und wo der kritische Punkt?

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Was ist der Tripelpunkt und der Kritische Punkt ?

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Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was sind reversible(1) und irreversible Prozesse(2)

1. Idealisierter Prozess, bei dem jede Zustandsänderung durch infinitisimale Änderung der äußeren Bedingungen umgekehrt werden kann

Maximale Grenze für Arbeit, die von Arbeit leistenden Prozessen abgegeben werden kann (kein Verlust in Wärme)

2.  Nicht umkehrbare, wegabhängige Prozesse - reale Prozesse

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Wie unterscheiden sich Druck und Temperatur in beiden Betrachtungsweisen?

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

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was ist eine Zustandskoordinate, was eine Zustandsfunktion?

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


Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Welche Erhaltungssätze gibt es?

→ Energieerhaltung
→ Impulserhaltung

→ Massenerhaltung

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was ist der Unterschied zwischen einer Zustandsgröße und einer Prozessgröße?

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.


Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was ist der Unterschied zwischen intensiven und extensiven Zustandsgrößen?

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

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

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was für thermodynamische Systeme gibt es?


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)

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was ist die Einheit der Wärmekapazität und warum?

--> Angegeben ist Kilojoule/(Kg*K)

Stoffkonstante die angibt wie viel Wärme benötigt wird um 1 Kg um 1 k zu erwärmen

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Auf welche beiden verschiedenen Arten kann man Thermodynamik beschreiben?



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

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was sind metastabile Zustände?

→ 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

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Wo ist der Tripelpunkt und wo der kritische Punkt?

→ Tripelpunkt von Wasser ist bei 0.01◦C 

→ Kritische Punkt bei 374◦C und 221 bar

Thermodynamik, Aerosol- und Wolkenphysik

Was ist der Tripelpunkt und der Kritische Punkt ?

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

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