Was sagt der 2. Hauptsatz der Wärmelehre (Richtung von Prozessen & Entropie)
Thermodynamische Prozesse laufen nur in eine Richtung ab - stets von einem wärmeren Medium zu jenem mit kälterer Temperatur und niemals umgekehrt. So ist die Wärmeübertragung unter Temperaturgefälle ein nicht umkehrbarer (irreversibler) Vorgang
Was ist der 3. Hauptsatz der Wärmelehre
Der 3. Hauptsatz besagt, dass der absolute Nullpunkt (0 Kelvin bzw. -273,15 °C) nicht erreicht werden kann.
Je näher ein System dem absoluten Nullpunkt kommt, desto mehr nimmt die Teilchenbewegung ab.
Die Entropie strebt gegen ein Minimum (idealerweise 0)
Bei 0 K gibt es keine Teilchenbewegung → maximale Ordnung
•Die Entropie erreicht ihr Minimum (im Idealfall: 0)
📌 Merksatz:
Je kälter ein System, desto geordneter – aber absolut null bleibt unerreichbar
Beispiel für nullte Hauptsatz der Thermodynamik
Was besagt der 0. Hauptsatz der Wärmelehre
Der 0. Hauptsatz besagt, dass sich Systeme im thermischen Gleichgewicht befinden, wenn sie dieselbe Temperatur haben.
Er lautet:
Wenn System A mit System B im thermischen Gleichgewicht steht und System B mit System C, dann steht auch A mit C im thermischen Gleichgewicht
Beispiel für den ersten Hauptsatz der Thermodynamik
Innere Energie in Aggregatzuständen
Feststoff: Teilchen schwingen, aber sind an Ort gebunden → eher wenig kinetische Energie
•Flüssigkeit: Teilchen bewegen sich gegeneinander → mehr kinetische Energie
•Gas: Teilchen bewegen sich frei → viel kinetische Energie
➡️ Bei Phasenübergängen (z. B. Schmelzen, Verdampfen):
Energie wird aufgenommen oder abgegeben, ohne Temperaturänderung,Diese Energie, die für den Phasenübergang benötigt wird, nennt man latente Wärme
Beispiel für 2 Hauptsatz der Thermodynamik
Beispiel für den 3. Hauptsatz der Thermodynamik
Wie verändert sich die innere Energie in einem geschlossenen vs. abgeschlossenen System
In einem abgeschlossenen System (kein Austausch von Materie oder Energie) bleibt die innere Energie konstant.
•In einem geschlossenen System (nur Energieaustausch möglich) kann sich die innere Energie ändern.
->Wärme (Q) und Arbeit (W) kann ausgetauscht werden, was die innere Energie verändert
ΔU = Q + W
•ΔU = Änderung der inneren Energie
•Q = zugeführte oder abgegebene Wärme
•W = zugeführte oder abgegebene Arbeit
Welche mikroskopischen Prozesse tragen zur inneren Energie bei?
Zur inneren Energie tragen bei:
•Translation (Bewegung der Teilchen durch den Raum,ist on allen Aggregatzuständen vorhanden und trägt zur kinetischen Energie bei)
•Rotation (Drehung von Atomen in Molekülen um bestimmte Achsen)
•Schwingung (Atomen in Molekülen bewegen sich um ihre Gleichgewichtslage hin und her,was Schwingungsenergie erzeugt; diese Form der Energie besonders relevant bei höheren Temperaturen od Feststoffen)
•Bindungsenergien (potenzielle Energie zwischen Atomen/Molekülen)
➡️ Diese Prozesse hängen vom Aggregatzustand und der Temperatur ab
Zusammenfassung in einem Satz je Hauptsatz
0. Hauptsatz: Temperaturausgleich folgt einem Transitivitätsgesetz.
2.1. Hauptsatz: Energie wird nicht vernichtet, nur umgewandelt.
3.2. Hauptsatz: Wärme fließt nur vom Warmen zum Kalten – Entropie steigt.
4.3. Hauptsatz: Der absolute Nullpunkt ist unerreichbar
Mit welcher Formel rechnet man sich die Änderung der Entropie aus
In nicht abgeschlossenen Systemen kann die Entropie (S) auch verringert werden, da Energie ausgetauscht werden kann. Die Änderung der Entropie (ΔS) kann dabei mithilfe der ausgetauschten Wärmeenergie (ΔQ) und der herrschenden Temperatur (T) berechnet werden.
Somit steigt also die Entropie eines Systems bei Wärmezufuhr und sinkt bei Wärmeabgabe entsprechend
Was sagt die Entropie aus?
Einen weiteren Aspekt bei der Verlaufsrichtung eines Wärmeprozesses beschreibt die thermodynamische Zustandsgröße Entropie (S).
Die Entropie ist in gewisser Weise ein Maß für die Irreversibilität eines Prozesses.
Bei nicht umkehrbaren Vorgängen nimmt die Entropie zu. Wird ein Körper erwärmt, nimmt die Unordnung der Teilchen zu und die Entropie steigt. Kühlt ein Körper ab, so sinkt seine Entropie.
Abgeschlossene Systeme streben einen Gleichgewichtszustand an, der durch ein Maximum der Entropie gekennzeichnet ist. Da alle Naturvorgänge irreversibel verlaufen.wächst die Entropie und strebt einem Maximum zu
Was versteht man unter der inneren Energie (U) eines Systems?
Die innere Energie ist eine Zustandsgröße, beschreibt den aktuellen Systemzustand
Änderung einer beliebigen Zustandsgröße (z.b. Druck,Volumen,Temperatur) ruft immer eine Änderung der inneren Energie hervor
Die innere Energie (U) ist die Gesamtenergie der Teilchen eines Systems.
•Sie umfasst:
•kinetische Energie der Teilchenbewegung (z. B. Translation, Rotation, Schwingung)
•potenzielle Energie, z. B. durch Bindungen und Wechselwirkungen zwischen Teilchen
•Sie wird in Joule (J) angegeben.
•Nicht gemeint ist die Bewegung des gesamten Systems (z. B. ein fliegender Ballon – nur die Teilchenbewegung im Inneren zählt!
Was ist der 1. Hauptsatz der Wärmelehre?
Der 1. Hauptsatz ist der Energieerhaltungssatz=innere Energie eines abgeschlossene Systems ist konst.
Energie kann nicht verloren gehen (Gesamtenergie bleibt erhalten) – sie wird nur umgewandelt (in andere Energieformen)
..besagt,dass in einem geschlossenen System die Gesamtenergie nicht verändert, solange keine Energie von außen entnommen oder hinzugefügt wird.
Innerhalb eines geschlossenen Systems kann eine Änderung der Energie nur durch Arbeit oder Wärmeaustausch erreicht werden. Die Summe aus zugeführter/abgeführter Wärmeenergie (Q) und der am/vom System verrichteten Arbeit (W) ist die Änderung der inneren Energie (ΔU)
ΔU=Q+W
Wärme (Q) und Arbeit (W) sind äquivalente Energieformen und können die innere Energie (U) eines Körpers verändern
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