10. Thermodynamik Temperatur und thermisches Gleichgewicht 10.2 Thermometer und Temperaturskala 10.3 Thermische Ausdehnung 10.

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1 Inhalt 10.1 Temperatur und thermisches Gleichgewicht 10.2 Thermometer und Temperaturskala 10.3 Thermische Ausdehnung 10.4 Wärmekapazität

2 Aufgabe: - Temperaturverhalten von Gasen, Flüssigkeiten, Festkörpern - Transport von Wärme - Umwandlung von Energie - Änderung der inneren Energie usw. Problem: Teilchenzahl groß (N > ) zur Beschreibung makroskopische Größen notwendig: Druck, Temperatur, innere Energie, Wärme, Temperatur und thermisches Gleichgewicht Was ist Temperatur? heiß kalt Messbar durch: Dl eines Festkörpers, DV einer Flüssigkeit, Farbe eines glühenden Objektes,... Temperaturskala??? 10.1 Thermisches Gleichgewicht

3 10.2 Thermometer und Temperaturskala 10.1 Thermisches Gleichgewicht Es gilt: Will man einen heißen Körper abkühlen, bringt man ihn in Kontakt mit einem kälteren. Es gilt: Nullter Hauptsatz der Thermodynamik Sind zwei Körper im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten, so stehen sie auch untereinander in einem thermischen Gleichgewicht. Möglichkeit der Definition einer Temperaturskala

4 10.2 Thermometer und Temperaturskala Temperatur bestimmt, ob System mit anderem System im thermischen Gleichgewicht ist. Für Temperaturskala nutze man Eigenschaften der Materie, z.b. Volumenänderung. Beispiel: Ausdehnung von Hg in einem Quecksilberthermometer. Fixpunkte: - Gefrierpunkt von Wasser = 0 o C - Siedepunkt von Wasser = 100 o C - Skala in 100 gleichgroße Teile Probleme: Lösung: - Extrapolation auf andere Temperaturbereiche kritisch - Reproduzierbarkeit der Fixpunkte kritisch - Skala materialabhängig Man nutze als Fixpunkt den Tripel-Punkt von (z.b.) Wasser Thermometer und Temperaturskala 10.2 Thermometer und Temperaturskala

5 10.3 Thermische Ausdehnung 10.2 Thermometer und Temperaturskala Tripel-Punkt: Gas, Flüssigkeit, Festkörper im Gleichgewicht Drei Temperaturskalen in Gebrauch: - Celsius-Skala J in o C - Fahrenheit-Skala t f in o F (Angelsachsen) - Kelvin-Skala T in K (Wissenschaft) Es gilt: Temperatur nach oben unbegrenzt Temperatur nach unten begrenzt Def.: T = 0 K

6 10.3 Thermische Ausdehnung Längenausdehnung 10.3 Thermische Ausdehnung Es gilt: Mit Längenausdehnungskoeffizient a Es gilt i.a. a= f(t) Volumenausdehnung g : Volumenausdehnungskoeffizient g = 3 a für isotrope Materialien 10.3 Thermische Ausdehnung

7 10.3 Thermische Ausdehnung 10.3 Thermische Ausdehnung Ursache für Längenausdehnung? E pot (x)

8 10.3 Thermische Ausdehnung 10.3 Thermische Ausdehnung Längenausdehnugskoeffizienten Volumenausdehnungskoeffizienten

9 10.4 Wärmekapazität 10.4 Wärmekapazität 10.4 Wärmekapazität Frage: Was ist Wärme Q? Antwort: Energie, die von System 1 auf System 2 übergeht wegen einer Temperaturdifferenz DT Es gilt: Zufuhr von Wärme Temperaturerhöhung Es gilt: Wärme: Zufuhr von gleicher Wärmemenge Q kann zu unterschiedlichen DT führen = f (Wärmekapazität C) DQ und C(T) werden an Standardobjekt definiert Man nehme: 1kg Wasser mit J = 14,5 o C und führe DQ zu, bis J = 15,5 o C Def.: DQ = 4,187 kj ( = 1 kcal (nicht mehr erlaubt))

10 10.4 Wärmekapazität Es gilt: C ~ m 10.4 Wärmekapazität Def.: spezifische Wärmekapazität c = C/m kj kg -1 K -1 Def.: molare Wärmekapazität c M = C/n kj mol -1 K -1 Def.: 1 mol = 6,034 x Teilchen Es gilt: Masse von 1 mol einer Substanz = Molmasse Es gilt: molare Masse einer Verbindung (z.b. CO 2 ) ist gleich der Summe der der molaren Massen der Elemente Für praktische Zwecke gilt:

11 10.4 Wärmekapazität 10.4 Wärmekapazität Spezifische Wärmekapazitäten Spezifische Wärmekapazität von Wasser

12 10.5 Wärmetransport Es gilt: Trotz Wärmezufuhr kann DT = 0 sein. Grund: Phasenübergang Beispiele: Flüssig gasförmig fest flüssig Die zur Umwandlung notwendige Wärme = latente Wärme z.b. Schmelzwärme Q S, Verdampfungswärme Q V 10.4 Wärmekapazität