Thermodynamik

(griechisch)

Allgemeines

Wärmelehre. Teilgebiet der Physik.

Die Thermodynamik untersucht die Umwandlung von Wärme in andere Formen von Energie (bewegte Wärme). Dabei beschäftigt sie sich mit dem Systemgleichgewicht innerhalb definierter Stoffmengen, d.h. mit der wechselseitigen Abhängigkeit von Druck, Volumen, Reaktionswärme und Temperatur. Unter anderem misst sie die Änderungen dieser Werte und verknüpft sie in Zustandsgleichungen. Ihre Erkenntnisse beziehen sich eigentlich nur auf die Gleichgewichtszustände, außer in der Thermodynamik irreversibler Prozesse.

Hauptsätze der Thermodynamik

Als Grundlage dienen die drei Hauptsätze der Thermodynamik, die nicht zu beweisen sind, doch auf erfahrenen Tatsachen beruhen:

a) Wärmeenergie und mechanische Energie können ineinander umgewandelt werden, Energie kann nicht verloren gehen (so genannter Energieerhaltungssatz). Mechanische Energie, die zugeführt wird, wird in Wärme umgewandelt. Eine Maschine, die ohne Energiezufuhr arbeitet, gibt es nicht.

b) In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie zu oder bleibt gleich (Entropiesatz). Wärme wird stets von heiß nach kalt befördert. Es gibt keine Maschine, die Wärme völlig in Arbeit umwandeln kann.

c) Die Entropie eines thermodynamischen Systems nimmt bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt einen von Druck, Volumen und Größe unabhängigen Wert (Null) an (Nernstsche Wärmesatz).

Geschichte

Der Beginn der Wärmelehre ist mit der Erfindung des Thermometers im 17. Jh. anzusetzen; durch Beobachtung fand man die Temperaturskalen. Bis 1850 glaubte man allerdings, dass Wärme ein Stoff sei, der bei Druck aus dem Körper austrete. Erst J. Mayer entdeckte mit H. von Helmholtz das Gesetz von der Erhaltung der Energie. Experimentell bestimmt wurde es von J. Joule. R. Clausius, J.C. Maxwell u.a. entwickelten darauf aufbauend die kinetische Gastheorie.