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Die moderne Physik ist für die Physiker viel zu
schwer.
David Hilbert
3 Grundlagen
Im Folgenden wird die dieser Arbeit zugrunde liegende Nichtgleichgewichtsthermodynamik
diskutiert. Insbesondere die theoretischen Grundlagen der Thermodiffusion
sowie Charakteristika der Fickschen Diffusion sind Inhalt des ersten Teils.
Anschließend erfolgt eine Einführung in die Temperaturfelder geheizter Kolloide
sowie kurze Erläuterungen zur Polymerphysik.
3.1 Thermodiffusion
Seit den ersten Beschreibungen der Thermodiffusion durch Ludwig 1856 [2] und
Soret 1879 [19] und 1881 [20] wurden viele System hinsichtlich ihrer thermophoretischen
Eigenschaften untersucht; von einfachen Flüssigkeiten [21–25] über Polymerlösungen
und -mischungen [26–32] und kolloidale Systeme [33–35] bis zur Anwendung
an biologischen Systemen [3, 36]. Trotzdem ist es bisher nicht gelungen,
ein vollständiges, mikroskopisches Bild zu entwickeln.
Unabhängig davon kann eine phänomenologische Beschreibung von Transportprozessen
in multikomponenten Systemen über die Nichtgleichgewichtsthermodynamik
erfolgen. Dies wird im Folgenden kurz dargestellt, wobei für eine detaillierte
Beschreibung auf die Monographie von de Groot und Mazur [37] sowie die Arbeit
von Hartung [38] verwiesen wird, denen die Herleitung entliehen ist.
Man geht von einer Proportionalität zwischen generalisierten Flüssen J k und
den treibenden thermodynamischen Kräften X i aus. Die Kopplungskoeffizienten
werden durch die Matrix L ausgedrückt. Damit lässt sich schreiben:
J k = LX i . (3.1.1)
Diese Gleichung beschreibt, dass allgemein jeder Fluss durch jede Kraft hervorgerufen
werden kann. Die Annahme einer linearen Beziehung setzt voraus, dass sich ein
System immer in der Nähe des Gleichgewichts befindet. Durch eine geeignete Wahl
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