Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik - Theoretische ...

Kapitel 8. Thermodynamik
Offenbar gilt – die uns bereits aus der Quantenmechanik [siehe Gleichung (1.1.10)]
bekannte – Gleichung
∂S
∂U = 1 T . (8.2.8)
Bemerkung 8.2.1: Die Bezeichnung „Entropie“ ist vermutlich angelehnt an das griechische
„entropein“ ˆ= umkehren, umwenden. Weniger plausibel, aber auch vorgeschlagen,
ist die Ableitung als Kunstwort aus „Energietransformation“.
◭
8.3. Zustandsänderungen: reversible und irreversible
Prozesse
In einem abgeschlossenen System laufen so lange Prozesse ab, bis ein Gleichgewichtszustand
erreicht ist. Diese Prozesse können sich nicht selbst umkehren, sie sind irreversibel.
Beispiel 8.3.1:
Beispiele für irreversible Prozesse sind die Gasausdehnung oder die Reibungswärme eines
Pendels.
Prozesse, die nur Gleichgewichtszustände durchlaufen, heißen reversibel und sind eine
Idealisierung. Während reversiblen Prozessen zu jedem Zeitpunkt definierte Werte von
Zustandsgrößen zugeordnet werden können, ist dies für irreversible Prozesse nicht
möglich. Es gibt auch eine statistische Definition dieser Begriffe: Allgemein stellt man
fest, dass Zwangsbedingungen (z. B. gegeben durch Gesamtenergie, Volumen oder eines
äußeren Feldes) die Zahl Γ der zulässigen Systemzustände bestimmen (man denke z. B. an
die QM-Potentiale!). Eine Verringerung der Zwangsbedingungen erhöht (i. A.) die Zahl Γ
der zulässigen Zustände. Sei nun
Γ B = Zahl der zulässigen Zustände zu Beginn eines Prozesses
Γ E = Zahl der zulässigen Zustände am Ende eines Prozesses,
dann gilt:
Γ B = Γ E ⇔ Prozess ist reversibel
Γ B ≪ Γ E ⇔ Prozess ist irreversibel
Thermodynamische Prozesse laufen nach allgemeinen und speziellen Gesetzmäßigkeiten
ab, d. h. sie gehorchen den generell gültigen Hauptsätzen und führen zu Zuständen, die
mit sogenannten Zustandsgleichungen verträglich sind.
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