Thermodynamik

Bei der Thermodynamik handelt es sich um einen Teil der Wärmelehre. Die Thermodynamik ist damit ein Teil der Physik. Die Thermodynamik beschäftigt sich vor allem mit der Möglichkeit, durch Umverteilen der Energie auf verschiedene Erscheinungsformen Arbeiten zu verrichten. Die Thermodynamik hat sich aus verschiedenen Studien der Volumen-, Druck-, Temperaturverhältnisse bei den Dampfmaschinen entwickelt. Im Rahmen der Thermodynamik unterscheidet man zwischen geschlossenen, abgeschlossen (den sogenannten isolierten) und den offenen Systemen. Im Rahmen der Thermodynamik bleibt die Summe aller Energieformen konstant. Allgemein kann man sagen, dass die Thermodynamik die Prozessgrößen Wärme und die Arbeit an der Systemgrenze in Zusammenhang bringt. Und diese beschreiben schließlich den Zustand des Systems. Man unterscheidet im Rahmen der Thermodynamik zwischen intensiven Zustandsgrößen und extensiven Zustandsgrößen.

Die Thermodynamik basiert auf vier fundamentalen Hauptsätzen und auch materialspezifischen, sowie empirischen Zustandsgleichungen zwischen diesen Zustandsgrößen. Zu beachten sind im Rahmen der Thermodynamik aber auch Phasenübergänge. Allerdings macht die Thermodynamik keine Aussagen darüber, wie schnell die Prozesse ablaufen. Aus diesem Grund gibt es in Wissenschaftskreisen auch die Bestrebung, dass der Begriff der Thermodynamik durch den Begriff der Thermostatik ersetzt werden soll. Doch bis heute ist und bleibt wohl auch noch eine sehr lange Zeit die Thermodynamik allerdings auch weiterhin eine eigenständige physikalische Theorie.

Wissenschaftler

Es gibt natürlich auch in diesem Bereich der Physik einige Menschen, die in diesem Bereich großes geleistet haben. Im Bereich der Thermodynamik sind die James Clerk Maxwell und Ludwig Boltzmann gewesen. Dank diesen Vorreitern können heute sehr viele Aspekte der Thermodynamik durch mikroskopische Theorien bestätigt werden. Es war aber auch der französische Physiker Nicolas Léonard Sadi Carnot, der im Bezug auf die Thermodynamik die ersten Meilensteine legte. Und zwar war dies im Jahr 1824. Damals untersuchte Carnot die Wärmemengen einer Dampfmaschine und stellte fest, dass heißer Wasserdampf in der Lage ist ein kälteres Wasserreservoir zu erwärmen. Und in diesem Moment wird eine mechanische Arbeit geleistet. Carnot beschrieb diese Vorgänge in der Dampfmaschine damals als Kreisprozess. Dieser Arbeiten von Carnot wurden später von Benoît Pierre Émile Clapeyron in einer mathematischen Form dargestellt. Aber auch der deutsche Arzt

Mayer

Julius Robert Mayer war an der Formulierung der Thermodynamik letztlich beteiligt. Und zwar stellte dieser im Jahr 1841 eine These auf, wonach Energie in einem abgeschlossenen System durchaus eine konstante Größe sein kann bzw. sein sollte. Auch stellte Mayer damals schon die Theorie auf, dass Energie nicht einfach verschwinden kann. Sie kann sich jedoch in eine andere Form verwandeln. Und genau dies ist es auch, was man als Thermodynamik heute definiert. Die vier Hauptsätze der Thermodynamik und ihre Erklärung sind:

  • Der 0. Hauptsatz lautet dahingehend, dass zwei Systeme mit einem dritten im thermodynamischen Gleichgewicht stehen. Dabei stehen sie auch untereinander im Gleichgewicht.
  • Der 1. Hauptsatz lautet dahingehend, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann, sondern nur in andere Energiearten umgewandelt wird.
  • Der 2. Hauptsatz lautet, dass Thermische Energie nicht in beliebigem Maße in eine andere Energiearten umwandelbar ist.
  • Der 3. Hauptsatz laute dahingehend, dass der absolute Nullpunkt der Temperatur unerreichbar ist. Natürlich gibt es hierfür jede Menge Formeln, die im Laufe der Zeit auf den Theorien basierend entwickelt wurden.

    • Foto: Ruth Röder – Fotolia