Springer-Lehrbuch. Thermodynamik. Von der Mikrophysik zur Makrophysik. Bearbeitet von Klaus Stierstadt

Transkript

1 Springer-Lehrbuch Thermodynamik Von der Mikrophysik zur Makrophysik Bearbeitet von Klaus Stierstadt 1st Edition Taschenbuch. xvi, 627 S. Paperback ISBN Format (B x L): 15,5 x 23,5 cm Gewicht: 959 g Weitere Fachgebiete > Physik, Astronomie > Thermodynamik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis Teil I Grundlagen 1 Einführung WozuWärmelehre? WasistWärmeundwasistTemperatur? Die Temperaturabhängigkeit der Stoffeigenschaften Energieumwandlung Thermodynamik und statistische Physik Messmethoden für Temperatur und Wärmeenergie TemperaturmessungundThermometer Temperaturskalen WärmemessungundKalorimeter Thermisches Gleichgewicht und nullter Hauptsatz Ein einfaches System: das ideale Gas Zustandsgleichung und Zustandsfläche Das ideale Gasmodell Messmethoden für atomare Größen Die Suszeptibilitäten idealer Gase Mehratomige ideale Gase Was ist Temperatur? Anknüpfung an die Erfahrung Die Definition der Temperatur Die Energiezustände eines klassischen Teilchens Die Zustandszahl für ein ideales Gas Vergleich zwischen berechneter und gemessener Temperatur Analyse der Zustandsfunktion Ω(U) eines idealen Gases* Anhang Quantenmechanische Herleitung der Zustandsfunktion Ω(U) eines idealen Gases ix

3 x Inhaltsverzeichnis 3 Zwei interessante Modellsysteme: Idealer Paramagnet und idealer Kristall Idealer Paramagnet ( Spinsystem ) Das Modell Zustandszahl, Temperatur und magnetische Energie Die Magnetisierung DieSpintemperatur* Idealer Kristall ( Einstein Kristall ) Das Modell Zustandszahl, Temperatur und Kristallenergie Die Wärmekapazität Unterschiede der drei behandelten Modellsysteme Erster Hauptsatz der Thermodynamik, Wärme und Arbeit Der erste Hauptsatz der Thermodynamik Erster Hauptsatz und Energiebilanz Ideales Gas Idealer Paramagnet Idealer Kristall Der Unterschied zwischen Wärme und Arbeit Quasistatische Zustandsänderungen Die Entropie DerEntropiebegriff(Überblick) Messung und Berechnung der Entropie Vergleich der Entropiebeziehungen von Clausius undboltzmann Experimentelle Bestimmung der Entropie Berechnung der Entropie Reversibilität Beispiele zur Entropieberechnung Mischungsentropie Die Temperaturabhängigkeit und allgemeiner Nutzen der Entropie Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Die verschiedenen Formen des zweiten Hauptsatzes Zweiter Hauptsatz und Grundannahme Zweiter Hauptsatz als Naturgesetz oder als Wahrscheinlichkeitsaussage? MaxwellsDämon* Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik Die Entropie für T Die Unerreichbarkeit von T = EntropieundInformation Anhang Die Entropieproduktion eines elektrischen Netzwerks*

4 Inhaltsverzeichnis xi 6 Wechselwirkung zwischen Systemen und Boltzmann Verteilung Wechselwirkende Systeme ähnlicher Größe Wechselwirkende Systeme von sehr verschiedener Größe und die Boltzmann Verteilung Der schwebende Guru* Teilchen im Gravitationsfeld und barometrische Höhenformel Die Temperaturabhängigkeit angeregter Zustände in Atomen Idealer Paramagnet Die Maxwell Verteilung der Geschwindigkeiten von Gasmolekülen Sternatmosphären DerGleichverteilungssatzderEnergie Teil II Energieumwandlung 7 Geräte und Maschinen zur Energieumwandlung Übersicht über die Methoden der Energieumwandlung Wärme Kraft MaschinenundKühlmaschinen Gemeinsame Merkmale solcher Maschinen, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor DerHeißluftmotor Der Carnot Prozess Verbrennungsmotoren Dampfmaschinen Turbinen Kühlmaschinen KreisprozesseundrealeMaschinen Zustandsänderungen und Kreisprozesse Wirkungsgrade realer Maschinen OptimierungvonMaschinen ExergieundAnergie Direktumwandlung von Energie Die Brennstoffzelle DieSolarzelle Das Energieproblem Der Energiebedarf Die Deckung des Energiebedarfs und die Entropieproduktion DieVorräte DiekurzfristigeLösung Schädliche Nebenwirkungen der Energieumwandlung Der Treibhauseffekt Der Atommüll Unerschöpfliche Energiequellen

5 xii Inhaltsverzeichnis 8.7 Noch nicht funktionierende und utopische Energiequellen Energieproduktion und Thermodynamik der Sonne Beobachtungsdaten und Struktur der Sonne Die Entstehung der Sonne Die Energieproduktion der Sonne Der Energietransport in der Sonne Die Entropieproduktion der Sonne Die Energiebilanz der Sonne Die Wärmekapazität der Sonne Die Zukunft der Sonne Teil III Thermische Eigenschaften der Stoffe 9 Phasen und Gleichgewichtseigenschaften reiner Stoffe Die Erscheinungsformen der kondensierten Materie Charakterisierung von Phasen Existenzbedingungen von Phasen Wege in der Zustandsfläche Zustandsdiagramme verschiedener Stoffe Der Ordnungsparameter und die Merkmale von Phasen Phasenumwandlungen Die Umwandlungsenthalpie Sublimations-, Schmelz- und Siedekurven Verschiedene Arten von Phasenumwandlungen Die Universalität an kritischen Punkten Kritische Fluktuationen Response Eigenschaften Klassifikation von Response Größen Beziehungen zwischen Response Koeffizienten* Die Temperaturabhängigkeit der Stoffeigenschaften* Transportprozesse Überblick über die Transportprozesse Die freie Weglänge von Molekülen Wärmeleitung Viskosität und Scherströmung Diffusion Driftdiffusion Zusammenhänge zwischen Transportkoeffizienten Wärmeübergang und Wärmedurchgang ZweiArtendesEnergietransports Wärmetransport durch Mehrfachschichten

6 Inhaltsverzeichnis xiii 10.9 Entropieproduktion bei Transportprozessen Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht Lineare Transportprozesse und Entropieerzeugung DissipativeStrukturen BiologischeEvolution Systeme wechselwirkender Teilchen* RealeGase Zustandsgleichungen und Molekularkräfte Gleichgewichtseigenschaften realer Gase und Fluide Gase als Kühlmittel: Joule, Thomson und Kelvin Effekte Reale Magnete Magnetische Ordnung und magnetische Zustandsfläche Paramagnetismus Ferromagnetismus Magnetische Maßsysteme Antiferromagnetismus* Ferrimagnetismus* Die Ursachen der magnetischen Wechselwirkung RealeKristalle Teil IV Ergänzungen 12 Thermodynamische Potenziale DiefreienEnergienundEnthalpien Definition und Bedeutung der thermodynamischen Potenziale Maxwell Beziehungen Der Zusammenhang zwischen den Potenzialen unddermikrophysik* Ein Beispiel für den Nutzen des großen Potenzials* Das chemische Potenzial ChemischeArbeit undenergiebilanz Das chemische Potenzial verschiedener Systeme Die Messung des chemischen Potenzials Das chemische Potenzial bei der Osmose Der Dampfdruck verdünnter Lösungen Chemisches Potenzial in äußeren Feldern Schwankungserscheinungen Brownsche Bewegung Fluktuationstheoreme Das Freie Energie Theorem (Jarzynski Gleichung)

7 xiv Inhaltsverzeichnis Nachwort Anhänge A Literaturempfehlungen, eine persönliche Auswahl B Didaktische Anmerkungen C Umrechnung von Energie- und Leistungseinheiten D Natur und Maßsystem Konstanten E Umrechnungsfaktoren für mechanische und thermische Einheiten Literaturhinweise zu den Abbildungen Namensverzeichnis Sachverzeichnis...615