Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

4 THERMODYNAMIK
Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 53
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
Die Thermodynamik beschäftigt sich mit Eigenschaften von festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen, de-
nen Energie zugeführt bzw. abgeführt wird. Die Hintergründe dieser Eigenschaften finden sich in der atomis-
tischen Deutung der Thermodynamik, in der die Eigenschaften der einzelnen Bausteine der Materien (Ato-
me und Moleküle) sowie deren Wechselwirkungen untereinander eine Rolle spielt. Hierzu werden oft statis-
tische Methoden zur Ableitung von Gesetzmäßigkeiten verwandt.
4.1 Temperatur
Der menschliche Körper besitzt in seiner Haut Zellen, die bei Berührung von Körpern ein Kälte- oder Wär-
meempfinden erzeugen. Als Begriff für dieses Empfinden wird die Temperatur verwendet.
Die Temperatur ist eine Basisgröße
Die Definition der Temperatur ist bisher noch nicht festgelegt. Eine Möglichkeit, eine Temperaturskala fest-
zulegen besteht in der Eigenschaft von Körpern, ihr Volumen bei Zufuhr von Wärme zu vergrößern. Wird
die gleiche Wärme wieder abgeführt, so nehmen die Körper wieder das ursprüngliche Volumen ein. (Alle
anderen Umgebungsparameter bleiben konstant!) Dieser Prozess ist reversibel!
4.1.1 Temperaturskalen
Zur quantitativen Festlegung der Temperatur bedarf es der Festlegung von Fixpunkten und einer willkürli-
chen Einteilung der Skala zwischen diesen Fixpunkten:
thermodynamische
Temperaturskala
373,2
273,2
Kelvin-
Skala
0
Celsius-
Skala
0 °C
37,7 °C
-17,8 °C
Fahrenheit-
Skala
100 °C 212 °F
100 °F
0 °F
-273,2 °C -459 °F
32 °F
Kelvin Skala: unterer Fixpunkt: niedrigste erreichbare Temperatur 0K, Unterteilung 1K = 1/100
der T-Differenz zwischen Siedepunkt des Wassers und Schmelzpunkt des Eises
Celsius-Skala: 0°C Schmelzpunkt des Eises, 100 °C Siedepunkt des Wassers bei 1013 hPa
Fahrenheit-Skala: 0°F niedrigste erreichbare Temperatur aus Wasser und Salz
100 °F Temperatur des menschlichen Blutes
Die heute in der Wissenschaft gebräuchliche Temperaturskala ist die Kelvin-Skala oder thermodynamische
Temperaturskala. Ihr Nullpunkt - 0K - ist der kleinste, theoretisch erreichbare Temperaturwert. Der theoreti-
sche Wert leitet sich aus der statistischen Physik bzw. der idealen Gasgleichung ab. Die thermodynamische
Temperaturskala wird heute allgemein als Grundlage aller Temperaturmessungen verwendet.
Die Messung der Fixpunkte der Celsiusskala hat gewisse Unsicherheiten. Die Unsicherheit bei der Messung
des Schmelzpunktes liegt heute bei ca. ±0,002K. Dagegen lässt sich die Temperaturmessung bei der Be-