Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik - Theoretische ...

Kapitel 8.
Thermodynamik
8.1. Zustandsgrößen
Unter Zustandsgrößen versteht man makroskopische Größen, die einen (makroskopischen
oder thermodynamischen Gleichgewichts-)Zustand eines physikalischen Systems eindeutig
festlegen (z. B. Druck p, Temperatur T, Dichte ϱ, (innere) Energie U, Volumen V,
Entropie S). Man unterscheidet extensive bzw. intensive Zustandsgrößen, die sich bei der
Zusammensetzung eines physikalischen Systems aus mehreren Teilchensystemen additiv
verhalten (z. B. Volumen, Energie, Entropie) bzw. nicht ändern (z. B. Temperatur, Druck,
Dichte). Auch (eindeutige) Funktionen der Zustandsgrößen sind wieder Zustandsgrößen
und werden Zustandsfunktionen genannt.
Bemerkung 8.1.1: Die Thermodynamik beschreibt die Beziehungen von (makroskopischen)
Zustandsgrößen untereinander; mit der statistischen Mechanik werden diese Beziehungen
aus den (mikroskopischen) Eigenschaften und dem Verhalten der ( 10 23 )
Einzelteilchen hergeleitet.
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Bemerkung 8.1.2: Da überwiegend Gleichgewichtszustände oder eine Abfolge von
solchen betrachtet werden, wäre oft die Bezeichnung „Thermostatik“ statt Thermodynamik
aussagekräftiger, was sich aber nicht durchgesetzt hat.
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Bemerkung 8.1.3: Für die Festlegung eines Zustandes genügen in der Regel einige wenige
Zustandsgrößen, die Zustandsvariablen genannt werden. Alle übrigen Zustandsgrößen
lassen sich aus den Zustandsvariablen berechnen.
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Wie die Bezeichnung schon andeutet, beschreiben Zustandsgrößen den Zustand eines
physikalischen Systems und sollten daher unabhängig davon sein, wie – d. h. über
welchen physikalischen Prozess – ein System in einen bestimmten Zustand versetzt
wurde. Mathematisch genauer bedeutet dies, dass die Änderung dY einer Zustandsgröße
Y nur von Anfangs- und Endzustand eines veränderlichen Systems abhängen soll und
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