Benutzer:ArchibaldWagner/Thermodynamik Sammelbuch

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Wikipedia Lemmata im Bereich Thermodynamik

Sammlung von Anregungen, Stolpersteinen und mehr im Bereich der Lemmata zur Thermodynamik bei Wikipedia

A Wagners Ziele und Richtlinien

Thermodynamik Artikel in der Wikipedia:Redaktion_Physik/Qualitätssiegel_Redaktion_Physik_Arbeitsliste

Vollständigkeit bei einem Maßeinheits Artikel

  • Einleitung
    • Aktuelle Definition mit Beleg,
    • Anwendungsbereich
    • Gütligkeitsbereich
    • Herkunft des Namens
    • ggf. Vergleich typischer Werte mit der im deutschen Sprachraum üblichen Skala
  • Details
    • Geschichte (Ursprung, Änderung der Definitionen)
    • Vor- und Nachteile, Kuriositäten
    • Besonderheiten in der Anwendung
    • evtl. Umrechnungsformeln
  • Verweis auf die zugeordnete phys. Größe

Ende

In der Liste Wikipedia:Redaktion_Physik/Qualitätssiegel_Redaktion_Physik_Arbeitsliste#Schulphysik ist insbesondere der Bereich Thermodynamik mit ca. 24 Einzelpunkten interessant.

Anregungen

Liste phys. Begriffe









Arbeitskoordianten

Zustandsvariablen

Dampfdruck

Erich Meister; Grundpraktikum Physikalische Chemie 2006 S 3- 16

  • Gibbssche_Phasenregel (intensive Zustandsvariablen)
    • invariantes System F=0
    • univatiantes System F=1
    • divariantes System F=2
  • Phasendiagramm, Zustandsfläche Die ((pvT)-Fläche, Schmelzgebiet, Nassdampfgebiet, Sublimationsgebiet, Schmelzlinie, Erstarrungslinie, Nassdampfgebiet, Siedelinie, Taukurve, Sublimationslinie,
  • Die Dampfdruckkurve p über T ,und ln(p/p0) über 1/T (Steigung Schmelzenthalpie)
  • Clausius-Clapeyron-Gleichung
  • Siedeverzug
  • Bild Siedeapparatur, Heizregler (Winkler WL10, Thermometer Erbo TFN 1093), Ballasttank (Druck-Puffer)
  • Verdampfungsentropie#Pictet-Troutonsche_Regel
  • Literatur Tabellen:
    • R.C.Reid, Prausnitz, Poling; "The Properties of Gases and Liquids" 1987
    • F. Daniels, Williams, Bender,...; "Experimental Physical Chemistry" 1962
    • S.W. Tobey "Vapour Pressure Apparatus" 1953 J. Chemical Education 352
    • R.C. Weast (ed) "Handbook of Chemistry and Physics 1988/89

Herkunft von Worten

  • Susceptibilität:
    • Suscepi (pf) von suscipio , cepi, ceptus (capio) "aufnehmen" Stowasser
    • susceptio, onis f Übernahme (Stowasser), Übernahme, * Empfang (Langenscheidt)
    • susceptor, oris m Aufnehmer, Gastfreund, (hospitis) Herbergsvater
    • suscipio auffangen, unterstützen, bekommen, übernehmen, verrichten, unternehmen, erdulden, anwenden, erwidern (Langenscheidt)

A Wagners Stolpersteine

Abgeschlossenes_System

das Lemma Abgeschlossenes_System sollte auf Isoliertes_System umgelenkt werden und nicht umgekehrt, da im Artikel empfohlen wird, ausschließlich Isoliertes System zu verwenden; wegen Verwechslungsgefahr mit Geschlossenes_System und der Internationalität.

Link Abgeschlossenes System durch die Weiterleitungsseite Abgeschlossenes System (Thermodynamik) ersetzt.

Liste mit Links auf abgeschl. System die eigentlich auf Thermodynamik bschränkt sein sollten. Sollten auf eine neue Weiterleitung Isoliertes System (Thermodynamik) oder Abgeschlossenes System (Thermodynamik) (auf Therms System# ) umgestellt werden

Adiabasie

  • Dieser Begriff kommt mir recht exotisch vor. Es gibt keine Sprachlinks. Das Lemma hat nur zwei Besucher pro Tag, der Weblink zur Verwendung in der Meteorologie ist tot. Es gibt keine Belege. Wenn die Verwendung dieses Wortes nicht belegt werden kann, ist das Lemma ein Löschkandidat, oder es sollte auf adiabatische Zustandsänderung umgelenkt werden.

==> erledigt (vorläufig): wurde am 2017-07-10 als Weiterleitungsseite auf Adiabatische Zustandsänderung geändert.

Adiabatische Zustandsänderung

  • Weiterleitungsseite Adiabatischer Prozess - Weiterleitung gerade anders herum, da:
    • in der deutschen Physik Lehrbuch-Literatur (Brockhaus, Ludwig, ... ) Prozess ebenso verbreitet ist
    • Internationalisierung: in Schwesterprojekten (en, es, fr, ...) ...process.. üblich ist (man denke auch an Wikidata)
    • Zu-stands-än-der-ung hat 5 Silben, Pro-zess nur 2 (Effizienz der Sprache und Schreibe)
    • Bei einem Prozess kann am Ende der gleiche Zustand wieder erreicht werden, bei einer Zustandsänderung könnten Leser Probleme bekommen, wenn Anfangs- und Endzustand gleich sind, obwohl auch solche Prozesse in der Thermodynamik betrachtet werden.

Adiabatenexponent

  • nicht auf Isentropenexponent weiterleiten, sondern umgekehrt, da:
    • Die Herleitung mit adiabatischen Prozessen zu tun hat (Bestimmung der Wärmekapazitäten) und ebenso der Exponent in den Poissongleichungen bzw. Adiabatengleichungen vorkommen.
    • Die Mode in der technischen Literatur Adiabaten mit Isentropen gleichzusetzen klingt vielleicht interessant erschwert aber das Verständnis.
    • wenn möglich ähnlicher Wortgebrauch bei der Internationalisierung: Schwesterprojekte en:Heat_capacity_ratio oder adiabatic index, fr:Indice_adiabatique, es:Coeficiente_de_dilatación_adiabática , ...

Bilanzgleichung

Dieser Eintrag betrifft mehrere Artikel, die sich mit Bilanzgleichungen in der Thermodynamik befassen. In der Literatur für technische Thermodynamik werden Bilanzgleichungen ausführlich dargestellt; beispielsweise:

  • in Baer,Kabelac Thermodynamik: Im Kapitel 2. Der 1. Hauptsatz ab S 39
    • 2.3.1 Energiebilanzgleichung für ein geschlossenes System S 66-72
    • 2.3.2 Massenbilanz und Energiebilanz für einen Kontrollraum S 72-78
    • 2.3.3 Energiebilanz.. Instationäre Prozesse offener System S 78 - 81
    • 2.3.4 Der erste Hauptsatz für stationäre Fließprozesse S 81 - 83
    • dann noch im kap. 6 Stationäre Fließprozess ab S 375
  • in Lucas Thermodynamik
    • Kap. 3 Die Materiebilanz (thermische, chemische Umwandlungen)
    • Kap. 4 Energiebilanz ( ... Energieflussbild)

Frage: Was und wie sollte diese Information in Wikipedia dargestellt werden? Gleichungen alleine sind wenig hilfreich, wenn die Größen und das Anwendungsscenario nicht beschrieben wird. Wo finden sich aktuell nun derartige Bilanzgleichungen in der de.wikipedia? Stand 2019-05-24

Artikel, Linkanz Inhalt Wikidata Bemerkungen
1. Hauptsatz 35 E..bilanz bel. off System/Kreisprozess d:Q179380 ..
Therm. System 57 E..bilanz off u. geschl System d:Q503327 ..
Geschl. System 13 E..bilanz geschl System d:Q1468684
Massenbilanz 5 Massenbilanz, stationär, Gemisch, Reaktion d:Q22911508 isoliert
Energiebilanz 13 BKL d:Q1341245 +1 cs
Bilanzgleichung 17 allg Bilanzgl. in der Physik d:Q4849964 nur en und dort W-Theorie

Was könnte verbessert werden: therm. Bilanz beim ersten Hauptsatz, Bilanzgleichung oder therm. System

Carnot-Prozess

  • In dem Artikel ist es problematisch die Arbeitschritte adiabatischen Kompression und adibatischer Expansion als isentrope Kompression und isentrope Expansion zu bezeichnen. Es ist nicht falsch aber irreführend, da der Carnot-Prozess in vielen Lehrbücher benutzt wird, um die Entropie erst einzuführen. Der Begriff der Entropie wird aber schon beim Gebrauch von isentrop vorausgesetzt! So eine Begriffsverwendung erschwert das Erfassen der grundlegenden Überlegungen in der Thermodynamik, statt sie zu erleichtern. Darüberhinaus steht in dem Bild mit den Prozessschritten rechts oben isoliert - meint kein Wärmetransfer mechanische Arbeit wird ja noch geleistet - was viel eher mit adiabatisch in Verbindung zu bringen ist.

Diabatische_Zustandsänderung

  • Sprachlinks stimmen nicht; en: und pt: beziehen sich auf Theorien in der QM und keine thermodynamische Zustandsänderungen.
  • Außerdem habe ich den Begriff diabatisch im Zusammenhang mit der Thermodynamik hier nur bei Wikipedia und in keinem physikalischen Lexikon gefunden. Es reicht eigentlich einfach von (thermodynamischer, allgemeiner) Zustandsänderung zu sprechen. Zu klären: wird der Begriff tatsächlich in der Literatur benutzt.
  • Für mich ist das Lemma ein Löschkandidat.

==> erledigt (vorläufig): wurde am 2017-07-10 als Weiterleitungsseite auf Adiabatische Zustandsänderung geändert. (Belege einfach übernommen)

Chemisches_Potenzial

siehe auch: Diskussion bei Knacknüsse

Mängelliste:

  • Die Herleitung (Intergriert man das totale Differential etc.) für

--

-- ist nicht wirklich gut nachzuvollziehen, statt dessen homogene Funktion und Eulersatz nutzen.

  • Auch die Einleitung ist sehr kurz - könnte als kurze Übersicht verbessert werden.

Herleitung im Wedler 2.3 besser Artikel Abschnitt Gleichgewicht sollte überarbeitet werden - eventuell ein Abschnitt chemisches Potential für ideale Gasmischungen einfügen.

  • Im Abschnitt Definition wird nur auf einen chemische Energiebeitrag eingegangen - Die chemischen Potential müssen sich nun im Term δ W chemisch {\displaystyle \delta W_{\text{chemisch}}} {\displaystyle \delta W_{\text{chemisch}}} wiederfinden ohne auf die Stoffmengenänderungen beim Phasenwechsel und in Mischphasen hinzuweisen.
  • Im Abschnitt Alternative Formulierungen wäre ein Hinweis auf, für was die anderen Potentiale dienen nützlich, während mir die Bemerkung mit der Legendre-transformation nicht wirklich hilfreich vorkommt.

Mögliche Verbesserungen:

  • Einleitung: Einfügen wie die Funktion für was genutzt wird. Bedingung für Gleichgewicht bei Stofftransfer Phasengrenzen, Mischphasen (Dampfdruckkurve, Osmotische Druck, Stofftrennung), chemisches Gleichgewicht,
    • Ebenso elektrochemisches Potential
  • Definition: allgemeiner, nicht nur chemische Reaktionen
  • Alternative Formulierungen: Legendre raus, dafür ein Hinweis, wann die anderen Potentiale wichtig werden. Das Wort freiwillig durch spontan ersetzen.
  • Einfügen:
    • Abschnitt über wichtige Relation für das chemische Potential: Ableitung nach p und Ableitung nach T und Zusammengang mit v_i und s_i (partielle molares Volumen und Entropie)
    • Abschnitt über Gleichgewichtsbedinung
    • Bedeutung chemisches Potenzial bei reinen Stoffen: molare freie Enthalpie, p/T Abhängigkeit beim idealen Gas, Hinweis Fugazität (reale Gase)
    • Chemisches Potenzial bei Mischphasen: Anwendung Bestimmung Phasengrenzen, Dampfdruck
    • Chemisches Potenzial bei chemischen Reaktionen (Gleichgewichtskonstante, Abhängigkeit von T,p)
  • Abschnitt Bestimmung des chemischen Potenzials (Experimente, Berechnung, Tabellen)
  • Eventuelle ein Beispiel aus der technischen Thermodynamik
  • Chemisches Gleichgewicht. expliziter darstellen, warum das hier beim chemischen Potential steht, was denn hier hergeleitet wird. Die Herleitung klarer formulieren oder Bezug zu anderen Lemmata bzw. Korrektur.
  • Belege: dedailierte Belege (Wedeler, Klaus, Ludwig, Abschnitt nr. 2.3.5 bzw. Seite..)
  • Grafik ist fraglich: Zu der Grafik über den Verlauf des chemischen Potentials mit der Konzentration empfehle ich, die Abbildung 2.3.2 "Mischungseffekte in einer binären Mischung" (S 322) im Wedler: "Lehrbuch der physikalischen Chemie" und ebenso dort die Beziehungen 2.3-104/106 () anzuschauen. Die logarithmische Abhängikeit von der Aktivität bzw. Konzentration führt doch wohl bei kleinen Konzentrationen zu einer anderem Verlauf als dem hier bei Wikipedia gezeigten! ArchibaldWagner (Diskussion) 17:59, 21. Jan. 2018 (CET)

Fermienergie

In der englischen Wikipedia gibt es en:Fermi_energy und en:Fermi_level und beide verweisen auf die gleiche deutsche Seite Fermienergie. Obwohl der Fermi Level was anderes ist als Fermi Energie; siehe hierzu die Artikel in der englischen Wikipedia.- Im Physik-Brockhaus wird von Fermi-Energie von Fermische Grenzenergie, von der Fermi-Kante und vom chemischen Potential (das sich aus berechnet) gesprochen.

Geschlossenes System

Teilweise Redirekt auf Weiterleitung Geschlossenes_System_(Thermodynamik) Link Änderung Geschlossenes System nach Geschlossenes_System_(Thermodynamik)Stand 2019-06-01

Gibbs-Duhem-Gleichung

Herleitung habe ich korrigiert 2017-09-05 - der Inhalt der Seite ist aber insgesamt sehr dürftig.

Innere_Energie

2019-05-06 Könnte ergänzt werden:

  • um wie die innere Energie gemessen wird (Kalorimetrie)
  • wie die innere Energie aus Datenbanken für eine Substanz zu bestimmen ist
  • wie U sich aus der Zustandsumme berechnet
  • die Delta U Formel um verschiedene ander extensive Größen wie Magnetisierung, Oberflächenspannung, etc. siehe K. Stierstadt S 365

ähnliches auch für chemisches Potential und Entropie

Kinetische_Gastheorie

Eher ein Rumpfartikel ohne Einzelnachweis. Ich habe einige Einzelnachweise hinzugefügt 2019/April. Allerdings müssen einige Aussagen zur Geschichte revidiert oder besser belegt werden. Die Aufzählung der Vorraussetzungen bzw. Vereinfachungen der Theorie sind genauer zu prüfen und besser zu formulieren. Insgesamt wünsche ich mir eine Trennung in eine kurze allgemein verständliche Übersicht und eine Gliederung in verschiedene Askpekte wie: Geschichte, Vorrausetzungen, Boltzmann H-Theorem, Boltzmann-Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung, Freie Weglänge, mikroskopisches Bild des Druckes (Feynman, Becker), freie Weglänge, Materialkoeffizenten. Siehe hierzu auch Benutzer:ArchibaldWagner/Entwurf_ThermoDynSystem_20171214

Linksammlung zur kinetische Gastheorie

Wikipedia interne Stichworte

Zitatensammlung und Anmerkungen

  • R. Becker II Statistische Machanik, § 23 Einleitung S 62 : "Die erste Aufgabe der statistischen Mechanik ist es, die in der Thermodynamik auftretenden Gesetzmäßigkeiten aus dem Bild heraus, welches wir uns heute von dem atomaren Bau der Materie machen, verständlich zu machen. Der erste Fall in dem diese Aufgabe erfolgreich durchgeführt wurde, ist die von Maxwell und Boltzmann entwickelte kinetische Gastheorie. ..." – Zustandgleichung idealer Gase (Druck), Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung, Boltzmann H-Theorem S 75 , Barometrishe Höhenformel - ( 3 Herleitungen: Mechanik, kinetische Gastheorie {im Graviationsfeld}, Thermodynamik ), Virialsatz {äußeres Virial, inneres Virial (Schwingung)}, verdünnte nicht ideale Gase Virialentwicklung van der Waalsche Theorie.
  • R. Becker II Statistische Machanik, II A Kinetische Gastheorie § 24 Zustandgleichung idealer Gase S 65 : "Die kinetische Gastheorie behauptet, dass ein Gas aus einer großen Anzahl von Molekülen besteht, von denen jedes einzelne geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit durch den Raum fliegt. Diese Bewegung des einzelnen Moleküls wird nur kurzzeitig unterbrochen durch Zusammenstösse mit der Wand oder mit anderen Molekülen. Die Theorie hat die Aufgabe, aus diesem Bild heraus, die beobachtbaren Eigenschaften möglichst quantitativ abzuleiten...."
  • G. Ludwig IV §10.2 "Die Boltzmannsche Stoßgleichung" S 290 (Verdünnte Gase Modellierung, Zustandsraum ) (Einbettung in andere Theorie)
  • K. Huang; Statische Mechanik I Kap. III Das Problem der kinetischen Theorie S 69 : " Das in der klassischen Gastheorie betrachtete System is ein verdünntes Gas von N Molekülen, die in einem Kasten vom Volumen V eingschlossen sind. ..."
  • E. Segrè; "Die großen Physiker ..." I S 375 zur Geschichte der kin. Gastheorie"
  • Gerthsen Physik 5.2 Kinetische Gastheorie S 214 : "Wärme ist eine ungeordnete Molekülbewegung. Das Molekulare Modell gibt Auskunft über viele Eigenschaften der Materie." "Die kinetische Gastheorie leitet die Eigenschaften der Gase aus mechanischen Bewegungsvorgängen der einzlenen Moleküle ab. Dazu schreibt sie diesen diesen folgende Eigenschaften zu: .. Masse, elastische Kugeln, unabhängige Bewegung... Gesetze des elastischen Stosses ..." – Modell, Druck, Zustandsgleichung, ... mittlere frei Wweglänge, Brownsche Bewegung, Boltzmann Verteilung (Höhenformel), Maxwell Verteilung, Molekularstrahlen
  • Wedler; Phys. Chemie S 82/83 1.2.1 "Das Modell des idealen Gases" ...(Kasten) "Im einzelnen gehen wir von folgendem Modell für ein ideales Gas aus: 1. ... 6. und 7.8. – und – 4.3 "Die kinetische Gastheorie" S 861 – 876 Maxwell Verteilung, (Messung der Geschwindigkeit) , Druck auf die Wand, Zahl der Stöße auf die Wand (für Oberflächenreaktion interessant), Gleichverteilung der Energie
  • R. Feynman Lectures I $ 39 "The Theory of Gases" Properties of matter, pressure of gas (inludes adiabatic equations), compressibilty of radiation, temperature and kinetic energy, ideal gas law

Kalorimetrie und Kalorimeter

Ausbaufähig, siehe hierzu F.X.Eder "Arbeitsmethoden der Thermodynamik II" und Lexikon der Physik. Kalorimetrie einseitig biologische Objekte, Definition fragwürdig.

Kompressionsmodul

  • Formeln zur adiabatischen Kombressibilität mit der inneren Energie ist zu überprüfen - der erste Abschnitt ist durch seine Formeln schwer verständlich, was bringt da die Herleitung aus der freien Energie bzw. inneren Energie, hier fehlt eine Erläuterung oder diese Beziehungen sollten weg, da die Werte für das idealen Gas auf andere Relationen verwiesen wird.

Offenes System 2019-05-24

Nicht auf thermodynamische System beschränkt, daher Link Verweise ändern auf WL oder direkte auf thermodyn. System für die folgenden Seiten.

P-v-T-Diagramm 2019-11-18

Sollte besser Zustandsdiagramm heißen, wobei das P-v-T-Diagramm ein Spezialfall ist. Darüber hinaus ist Benennung in der Wikipedia wechselnd einmal Phasendiagramm, einmal Zustandsdiagramm ein andermal P-v-T-Diagramm. Bei Stierstadt heißt es einmal Zustandsdiagramm, ein andermal Zustandsfläche, (es gibt dort auch die Magnetisierungsfläche S 245). Siehe auch Baer.. 4.4 Zustandsgleichungen, Tafeln und Diagramme und hier insbesondere 4.4.5, Baer spricht von der p,v,T-Fläche siehe dort Abb 4.1 S 173 (im Kap. 4 thermpdynamische Eigenschaften reiner Fluide). Lexikon der Physik gibt plaaubsible Definitonen.

Siedepunkt 2019-09-26

(wird immerhin etwa 300/Tag aufgerufen) Die Einleitung dieses Artikels ist nicht allgemeinverständlich! Man Vergleiche hierzu den Artikel en:Boiling_point oder auf den Artikel Sieden der anscheinend keinen Bezug auf den Siedpunkt-Artikel nimmt. Im Artikel Eigenschaften_des_Wassers des Wassers wird der Siedepunkt in der Infobox mit einem Abschnitt innerhalb des Artikels verlinkt. Bei Schwefelwasserstoff wird von der Infobox auf diesen merkwürdigen Siedepunkt-Artikel verlinkt.

Temperatur 2020-03-20

Kritik und Änderungsvorschläge in der Einleitung

Im Gleichgewichtszustand haben nicht alle Teilchen eines Systems dieselbe Energie, vielmehr sind sie auf verschiedene Energiewerte verteilt. Die Temperatur charakterisiert diese statistische Verteilung (siehe Boltzmann-Statistik). Im Bereich der klassischen Physik ist die absolute Temperatur exakt proportional zur Durchschnittsenergie der Teilchen pro Freiheitsgrad. Seit der Proportionalitätsfaktor durch Festlegung der Boltzmann-Konstante im Jahr 2019 einen exakten numerischen Wert erhalten hat, ist die Einheit der absoluten Temperatur (Kelvin) an die Einheit der Energie (Joule) gekoppelt.

Den folgenden Absatz weglassen da der Bezug zur Temperatur erst einmal nicht evident ist.

Bei materiellen Stoffen sind die Teilchen die Atome oder Moleküle. Im idealen Gas ist die thermische Energie ausschließlich durch die kinetische Energie der ungeordneten Bewegung seiner Teilchen mit verschiedenen Richtungen und Geschwindigkeiten gegeben und über den Gasdruck messbar.

Zum Bereich der klassischen Physik alternativ.

In Fällen, in welchen der Gleichverteilungssatz gültig ist, gibt es einen proportionalen Zusammenhang zwischen der Temperatur und der mittleren Energie (pro Freiheitsgrad ?) jeder atomaren Komponente.

Auch die allgemeine Gaskonstante ist seit 2019 eine exakter numerische Wert. Die Bestimmung der Temperatur mit einem Gasthermometer wird damit allein auf die Messung der makroskopischen Größen Druck, Volumen und Stoffmenge eines idealen Gases zurückgeführt.

Das mit der Einheit Kelvin könnte evtl verbessert werden.

Ich fände den Hinweis, dass die Gaskonstante einen exakten numerischen Wert hat und damit das Gasthermometer die Temperaturmessung bis auf die Unsicherheit der Teilchenzahl erlaubt. bzw. einen Zusammenhang mit makroskopischen Größenmessungen erlaubt.

Thermodynamisches_System 2017-09-22

Der Artikel erscheint mir aus der Sicht eines Maschinenbauers geschrieben zu sein, da eine Reihe wichtiger Aspekte fehlen. Mängelliste:

  • Einleitung:
    • deckt nicht die Verwendung in der Physik und der Chemie ab.
    • fällt mit den Bilanzgleichungen etwas ins Haus
    • Es fehlt eine Liste von Fachgebieten in welchen der Begriff eine Rolle spielt, und was er nützt.
  • Es fehlen Beispiele für Systeme (konkreter als in der Zeichnung)
  • Es fehlen der Begriff der Arbeitsparameter bzw. der äußeren Parameter für äußere Nebenbedingungen
  • Ein Hinweis auf eine mathematische Modellierung durch einen Zustandsraum (endlich-dimensionale Mannigfaltkeit) wäre nützlich. Es gibt hier enge Bezüge zu dem Lemma Zustandsraum_(Thermodynamik), der Text dort ist aber irreführend und deckt den Zustandsraum nicht ab.
  • Es fehlen Belege - es gibt nur einen allgemeinen Verweis auf Thermodynamik#Technische_Thermodynamik Literatur
  • Statt Systembeschreibung eine Liste: Offenes, Geschlossenes und Isoliertes System (Reihenfolge besser anders:)
  • Begriffe wie Energiedicht sind vielleicht bei Maschinenbauer üblich aber weniger in der Physik und der Chemie?
  • Es fehlt Gleichgewichtszustand
  • Das Bild mit Beispielen verschiedener Einwirkungen auf System ist recht komplex (Bildteile in den einzelnen Unterabschnitten würde die Grafiken näher zum Text bringen).
  • Ich denke es gehört auch der Begriff des einfachen thermodynamischen Systems hierher und wie aus zwei Systemen ein neues entsteht (Produkt des Zustandsraumes).

Aus meiner Sicht sollte der Text mit Beschreibungen wie sie etwa bei Elliott H. Lieb, Jakob Yngvason: The Physics and Mathematics of the Second Law of Thermodynamics auf S 13,.. steht ergänzt bzw. überarbeitet werden. Mich würde interessieren, wie das von anderen Lesern dieses Artikels gesehen wird und wie weit hier eine größere Überarbeitung überhaupt gerne gesehen wird. Eine Überarbeitung sollte Lehrbücher aus der Physik, der physikalischen Chemie, der Verfahrenstechnik und dem Maschinenbau zu Rate ziehen.

Verbesserungsvorschläge: Vorschlag einer Gliederung

  • Einleitung: zusammenfassende Überblick mit kurzer Definition und Anwendungsbereich (ohne Definition von offen,.. und Bilanzgleichungen)
    • Definition (Gleichgewichtszustände, Zustandsvariablen),
    • Abgrenzung mit der Außenwelt: Idealisierung
    • Klassifizierung (Einfache Systeme)
    • Stoffmodelle
      • Reine Stoffe
      • Stoffgemische
      • Verschiedene Phasen
    • Wechselwirkung mit der Außenwelt
      • Isoliert
      • Geschlossen
      • Offen
      • Bilanzgleichungen
    • Anwendungsbereiche
  • Zusätzliche Bilder: Physik, Chemie, Technische Systeme (evtl. in CCommons ein Schlagwort einführen)
  • Siehe Auch: Zustandsraum, Thermodynamik,...

Tripelpunkt 2019-06-04

Tripelgebiet

Im dreidimensionalen Phasendiagramm des Wassers bewegt sich das System entlang der Tripellinie, wenn sein Volumen verändert wird, während es Tripelpunktsdruck und Tripelpunktstemperatur besitzt.

Der Tripelpunkt ist, wie beschrieben, ein Punkt im p-T-Diagramm, so dass Druck und Temperatur eines im Tripelpunkt befindlichen Systems eindeutig bestimmt sind. Dennoch kann das System, wenn es sich in diesem Punkt befindet, Zustandsänderungen erfahren – solange dabei keine der Phasen ganz verschwindet! Das System kann beispielsweise Wärme mit der Umgebung austauschen und sein Volumen kann sich ändern; dabei ändern sich die relativen Anteile der drei Phasen. Als Zustandskoordinaten sind hier die extensiven Koordinaten inneren Energie und Gesamtvolumen brauchbar. Im U-V-Diagramm füllen die Zustände der gleichzeitigen Koexistenz der drei Phasen ein zwei dimensionales Gebiet aus, während Druck und Temperatur hier zu einem konstanten Wert entartet sind.[1] Es ist gerade diese Unempfindlichkeit gegenüber kleinen Schwankungen des Volumens und der Wärme Zu- und Abfuhr, der den Tripelpunkt zur Nutzung für einen Temperaturreferenzpunkt auszeichnet.

Bei einer Darstellung des Zustandsraumes als Fläche in einem Druck-Volumen-Temperatur-Raum, siehe Grafik, schrumpft das Tripelgebiet zu einer eindimensionalen Linie, der Tripellinie, die durch die konstanten Tripelpunktswerte für Druck und Temperatur gekennzeichnet ist. Entlang der Tripellinie korrespondieren verschiedene Volumenwerte mit Änderungen der Mengenanteile der Phasen.

Die Variabilität der extensiven Größen Volumen und innere Energie widerspricht nicht der Gibbsschen Phasenregel, da die Regel nur Aussagen über intensive Variablen macht.

[1]

Zustandsraum_(Thermodynamik)

Mängelliste:

  • Ein Lemma ohne jeden Beleg mit einer eher merkwürdigen Definition von Zustandsraum: Der Zustandsraum in der Thermodynamik bezeichnet den Bereich eines Phasendiagramms, in welchem nur eine einzelne Phase vorliegt und für einen Punkt des Zustandsraumes immer auch einen spezifischen Zustand einnimmt.

Mögliche Verbesserungen:

  • Einleitung. Zusammenfassende Definition: Gleichgewichte Zustandsvariable, Offene Umgebung des Rn, Benutzung
  • Allgemeiner Definition mit 2,3-Beipielen
  • Hinweis auf differentierbare Mannigfaltigkeit, Koordinaten, Zustandsfunktionen
  • Jeweils konkrete Modelierung erforderlich
  • Beispiele: Fluide, andere
    • Ideales Gas
    • Tabellen
    • Singularitäten an den Grenzen
  • Verkopplung von zwei Zustandräumen, (Thermostatik, Thermodynamik

Kategorien Struktur

  • (2018-04-14) Sollte Physikalisches System und thermodynamisches System eine Unterkategorie nicht auch eine Kategorie sein?

Wikipedia Seiten zum thermodyn. System

Wikipedia Seiten zu "Arbeit(Thermodynamik)"

2021-02 Geschützter Entwurf: Benutzer:ArchibaldWagner/Arbeit (Thermodynamik)

Ziele:

  • Erläuterung von Arbeit an einem thermodynamischen System und insbesondere der Differentialform.
  • Aufzeigen zwei Gruppen: idealisierte reversible Arbeiten und irreversible Arbeitsprozesse
  • Klar dermmachen Allgemeinheit der Thermodynamik und damit ein Rahmen der mit konkreten Beispielen gefüllt werden muss.
  • Energiebegriff aus Vortheorien (wesentlich)
  • Willkür der Zuteilung der Energien Umgebung, System (innere Energie, Enthalpie, Feldenergie)
  • Entlastung von anderen Artikeln - wie Erster Hauptsatz der Thermodynamik, Adiabatische Zustandsänderung, ... Thermodynamisches Potential, Response Funktion, Suszeptibilität, chemisches Potential

Zielgruppen:

  • Studenten
  • Nachschlagewerk für an der Thermodynamik interessierte Laien

verwandte Artikel in der Wikipedia:

In der englischen Wikipedia

Literatur:

  • Nolting Thermodynamik Kapitel 1.5 (Magnetisierungsarbeit !)
  • Baehr, Kabelac Thermodynamik Kap. 2.2 Energieformen / Tab. 2.1 (thermodyn. bedeutsame Energieformen) S 64
  • Ludwing XIV § 1.2 Der Energiesatz, § 2.5 Der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen, § 2.8 Materialien im elektromagnetischen Feld (Willkür bei innerer Energie, Energiesatz bei Permanentmagneten) siehe insbesondere S 137 (quasistatische Arbeitsleistung)
  • Stierstadt: Kap. 9.3 Mengengrößen und Suszeptibilitäten Tab. 9.3 konjugierte Größen
  • Brockhaus Physik abc: Arbeit(1 Mechanik, 2 Elektrodynamik, 3 Thermodynamik) äußere Parameter, äußere Arbeit (Volumenarbeit, Kompressionsarbeit, elektromagnetische beispiel Formeln (el. und mag.)

Beispiele für Thermodynamische Potentiale

Photonengas

Die innere Energie , die freie Energie , die freie Enthalpie und die Enthalpie in natürlichen Variablen für ein Photonengas[2], ist dabei die Stefan-Boltzmann-Konstante:

hieraus folgt für das chemische Potential

ideales Gas (aus einer Teilchensorte)

Konstanten:

  • Wärmekapazität pro Teilchen
  • Wärmekapazität bei konstantem Volumen pro Teilchen
  • Wärmekapazität bei konstantem Druck pro Teilchen
  • Boltzmann-Konstante
  • Temperatur Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle T} , Volumen Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle V} , Anzahl von Teilchen Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle N} , Druck Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle p}
  • Die gleichen Parameter bei einem festen Bezugswert: Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle T_0} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle V_0} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle N_0} , Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle p_0}
  • Entropie
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle S(T,V,N) = N \biggl\{ \sigma + \overline{C}_V ln \frac{T}{T_0} + k_\mathrm{B} ln \frac{V/N}{V_0/N_0} \biggr\}}

wobei: Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \sigma = \frac{1}{N_0} S(T_0,V_0,N_0) } die Entropie pro Teilchen am Referenzpunkt (T_0,V_0,N_0) ist.

jetzt für die Variablen (U,V,N) – ersetze Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle T} durch Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U} mit Hilfe der kalorischen Zustandsgleichung

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle S(U,V,N) = N \biggl\{ \sigma + \overline{C}_V ln \frac{U/N}{U_0/N_0} + k_\mathrm{B} ln \frac{V/N}{V_0/N_0}\biggr\}}

Jetzt U bzgl. S invertieren

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U(S,V,N) = N \frac{U_0}{N_0} exp \left \lbrack \frac{1}{\overline{C}_V } \left (\frac{1}{N}S - \sigma + k_\mathrm{B} ln \frac{V/N}{V_0/N_0} \right ) \right \rbrack}


Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U(S,V,N) = N \overline{C}_V T_0 \left( \frac{N_0 V}{N V_0} \right)^{1 - \gamma} exp \left ( \frac{S}{\overline{C}_V N} - \frac{\sigma}{\overline{C}_V } \right )}

wobei: Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \gamma = 1 + \frac{k_\mathrm{B}}{\overline{C}_V }} der Adiabatenexponent ist.

Für das chemische Potential gilt:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mu(T,p) = (\overline{C}_p - \sigma)T - (\overline{C}_p - k_\mathrm{B})T\; ln \frac{T}{T_0} + k_\mathrm{B} T\; ln \frac{p/T}{p_0/T_0} }

Dieses ergibt für die freie Enthalpie:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle G(T,p,N) = N\mu(T,p)}
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle G(T,p,N) = N\mu(T,p) = N [ (\overline{C}_p - \sigma)T - (\overline{C}_p - k_\mathrm{B})T\; ln \frac{T}{T_0} + k_\mathrm{B} T\; ln \frac{p/T}{p_0/T_0}] }

und für die freie Energie

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle F(T,V,N) = N\mu(T,p) = N [ (\overline{C}_V - \sigma)T - \overline{C}_V T\; ln \frac{T}{T_0} - k_\mathrm{B} T\; ln \frac{V/N}{V_0/N_0}] }

Die Enthalpie in natürlichen Variablen lautet:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle H(S,p,N) = U + pV = N \overline{C}_p T = N \overline{C}_p T_0 \left ( \frac{p}{p_0} \right )^{(\gamma - 1)/\gamma} exp \left ( \frac{S - N\sigma}{N\overline{C}_p} \right )}

Externe Links

Relativistische Thermodynamik

Literatur

  • Thomas S. Kuhn (1977) Energy Conservation as an Example of Simultaneous Discovery, in the The Essential Tension (Chigaco, IL; University of Chicago Press), 65 - 104

claims that between 1830 and 1850 as many as twelve different people in various European countries independently arrived at the idea of energy conservation. zitiert auf S 503 in Hasok Chang Thermal Physics and Thermodynamics in Jed. Z. Buchwald, Robert Fox; The Oxford Handbook of The History of PhysicsOxford University Press 2013 ISBN 978-0-19-969625-3

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Elliott H. Lieb, Jakob Yngvason: The Physics and Mathematics of the Second Law of Thermodynamics. In: Physics Reports. Band 310, Nr. 1, 1999, III Simple Systems, A Coordinates of simple systems, S. 37 u. 101, see Fig. 8, doi:10.1016/S0370-1573(98)00082-9 (englisch, arxiv.org [PDF; abgerufen am 4. Juni 2019]).
  2. ↑ Wolfgang Nolting: Grundkurs Theoretische Physik Thermodynamik. 9. Auflage. Band 4/2. Springer Verlag, Berlin 2016, ISBN 978-3-662-49033-4, 1.5 Grundbegriffe - Arbeit, S. 242 (Siehe Lösung der Aufgabe 3.9.2).
  3. ↑ Wolfgang Nolting: Grundkurs Theoretische Physik Thermodynamik. 9. Auflage. Band 4/2. Springer Verlag, Berlin 2016, ISBN 978-3-662-49033-4, 3.4 Die thermodynamischen Potentiale des idealen Gases, S. 91–94.
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