Werner Langbein. Thermodynamik. Gleichgewicht, Irreversible Prozesse, Schwankungen. Verlag Harri Deutsch

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1 Werner Langbein Thermodynamik Gleichgewicht, Irreversible Prozesse, Schwankungen Verlag Harri Deutsch

2 Einleitung 1 1 Gleichgewichtsthermodynaimiik 3 1 Thermodynamische Systeme Geometrie und Inventar Wechselwirkungen Zustandsgrößen und Gleichgewichtszustände Mathematische Formulierung Aufgaben 10 2 Empirische Temperatur und nullter Hauptsatz Nullter Hauptsatz und lineare Ordnung der Gleichgewichtszustände Temperaturskalen Aufgaben 13 3 Energiebilanz und erster Hauptsatz Bilanzierung von Arbeit und Wärme Differentialformen für Arbeit und Wärme Aufgaben 18 4 Wirkungsgrade und zweiter Hauptsatz Reversible Zustandsänderungen Wirkungsgrade periodischer Maschinen Absolute Temperatur und Wirkungsgrad Die Zustandsfunktion Entropie Wege ins Gleichgewicht Thermodynamische Potentiale Potentiale und Gleichgewichtsbedingungen Potentiale und Maxwell-Relationen Homogenitätsrelationen für extensive und intensive Größen Aufgaben 40 5 Reine Stoffe Thermische Strahlung und Stefan-Boltzmann Gesetz Verhalten realer und idealer Gase Gay-Lussac Expansion und Molekülkräfte (U = const).. 50

3 5.2.2 Joule-Thomson Expansion und Gasverflüssigung (H = const,) Reversible adiabatische Expansion (S = const) Ideale Gase und Virialentwicklung Van der Waals Modell und kinetische Gastheorie Phasenübergänge bei einer Stoffsorte Clausius-Clapeyron Gleichung ' Aufgaben 70 Einphasige Mischungen Ideale Mischungen Verdünnte Stoffmischungen Osrnotischer Druck in verdünnten Lösungen Chemische Reaktionen und Massenwirkungsgesetz Nichtideale Mischungen.' Aufgaben 92 Mehrphasige Stoffmischungen Thermodynamisclie Stabilität Stabilitätsbedingungen, Physikalische Konsequenzen der Stabilität Instabile Isothermen und Phasenübergänge Phasenregel von Gibbs Binäre Mischungen mit 2 koexistierenden Phasen : , Clausius-Clapeyron Gleichung in binären Mischungen ' Stoffmischungen mit Flüssigphase und Gasphase Stoffmischungen mit Flüssigphase und fester.phase Mischlücken in binären Systemen Mischlücke in der Flüssigphase Mischlücke in der festen Phase Aktivitäten in koexistierenden Phasen ' Aufgaben. 122 Arbeitskoeffizienten realer Substanzen Arbeitseintrag in feste Substanzen Oberflächenenergien Oberflächenspannung an Phasengrenzflächen Aufgaben 134 Systeme in elektromagnetischen Feldern y Magnetische Effekte , Thermodynamik von Supraleitern Neutrale Systeme in äußeren elektrischen Feldern Elektriscne Felder und Energieumwandlung Aufgaben 155 *. f

4 10 Der dritte Hauptsatz Experimentelle Überprüfung Kühlung durch adiabatische Entmagnetisierung Konstanten in chemischen Gleichgewichtsbedingungen Aufgaben Phasenübergänge 2. Art und kritische Punkte Übergänge in Stoffmischungen Übergänge in Supraleitern - ; ' Übergang im flüssigen Helium Kritische Punkte Aufgaben ' Thenmodynamik irreversibler Prozesse Zeitabhängige Kontinuumsthermodynamik Lokale Bilanzierung extensiver Größen Die Massebilanz r Die Impulsbilanz Aufgaben Energiebilanz und erster Hauptsatz Aufgaben Entropiebilanz und zweiter Hauptsatz Aufgaben Kinetische Koeffizienten und Relaxation Aufgaben " Mechanische und chemische Dissipation Volumenreibung und chemische Reaktionen Navier-Stokes Gleichungen Aufgaben Wärmeleitung und Diffusion Wärmeleitung Diffusion Kreuzeffekte zwischen Wärmeleitung und Diffusion Aufgaben * Thermoelektrische Effekte Aufgaben Chemische Reaktionen Aufgaben " 240

5 III Thermische Schwankungen Schwankungs-Dissipations Theorem Statistische Funktionen -245 T8.2 Fluktuationen im dynamischen Gleichgewicht " 18.3 Aufgaben ' , 19 Symmetrie der kinetischen Koeffizienten Erwartungswerte nach Feststellung des Ungleichgewichts Onsager Relationen - 260, ' 19.3 Aufgaben.., ' Zeitumkehr in der Thermodynamik Zeitsymmetrische Erwartungswerte * Zeitsymmetrie und kinetische Gleichungen Zustandsgrößen und dynamisches Gleichgewicht Aufgaben Statistische Mechanik Ergodenhypothese und Phasenraum Statistische Temperatur eines ergodischen Systems.. ' Aufteilung der Energie in Arbeit und Wärme Boltzmann-.Konstante und Temperatur Mikrokanonische und kanonische Verteilung " '6 Thermische Schwankungen und Wärmekapazitäten Schwankungshäufigkeit und Boltz'mann-Verknüpfung Normierung des Zustandspotentials Aufgaben 308 IV Lösungen zu den Aufgaben 315 Lösungen zu Teil I : 317 Lösungen zu Teil II " Lösungen zu Teil III 376 V Anhang, 387 A Vertiefungen. * 389 Temperatur und Entropie nach Caratheodory 389 Zustandsgrößen an kritischen Punkten 395 B Tabellen ' 399 C Literatur 409