Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 10.1 PHYSIK IV 369unterscheiden. Ein homogenes System (z.B. ein Behälter mit einem Edelgas bei Normalbedingungen)ist ein System, dessen Eigenschaften in allen Teilbereichen gleich sind. Unter einem heterogenen Systemverstehen wir dagegen ein System, bei dem sich die Eigenschaften an bestimmten Grenzflächensprunghaft ändern (z.B. ein Behälter mit Wasser und Eis).In einem heterogenen System treten Phasen und Phasengrenzflächen auf. Unter einer Phase verstehenwir dabei einen homogenen Teil des heterogenen Systems. Die Phasengrenzfläche bildet die Grenzflächezwischen zwei homogenen Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften (z.B. Grenzfläche zwischenWasser und Eis).10.1.3 GleichgewichtGleichgewichtszustandUnter einem Gleichgewichtszustand eines Systems verstehen wir den Zustand, der sich nach hinreichendlanger Zeit von selbst einstellt. Im Gleichgewicht ändern sich die makroskopischen Zustandsgrößen nichtmehr mit der Zeit. Nur im Gleichgewicht lassen sich thermodynamische Zustandsgrößen definieren undmessen. Wir sprechen von globalem Gleichgewicht, wenn sich die Zustandsgrößen in allen Phasen desSystems zeitlich nicht ändern. Wir sprechen von einem lokalen thermischen Gleichgewicht, wenn sichein System nicht in einem globalen Gleichgewicht befindet, sich aber in Teilvolumina wie ein Gleichgewichtssystemverhält (z.B. Erdatmosphäre in verschiedenen Wetterzonen).Stationärer ZustandAls stationär bezeichnen wir einen Zustand, in dem sich die makroskopischen Zustandsgrößen zwarnicht mehr ändern, aber ein endlicher Energiefluss auftritt (z.B. Warmhalten einer Flüssigkeit in einemTopf auf einer Herdplatte). Kennzeichnend für ein stationäres System ist, dass es nicht abgeschlossen ist,sondern Energie ständig zu- und abgeführt wird, was bei Gleichgewichtszuständen nicht der Fall ist.Thermisches, mechanisches und chemisches GleichgewichtEin thermisches Gleichgewicht stellt sich ein, wenn wenn in einem abgeschlossenen System zwei Teilsystemeso lange in Kontakt (kein Teilchenaustausch) gebracht werden, bis sie keine Energie mehr austauschen.In dem sich einstellenden Gleichgewichtszustand haben die beiden Teilsysteme die gleicheTemperatur:T 1 = T 2 . (10.1.1)Alle Systeme, die sich mit einem gegebenen System im thermischen Gleichgewicht befinden, befindensich auch untereinander im thermischen Gleichgewicht. Diesen Erfahrungssatz über das thermischeGleichgewicht wird auch als Nullter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet (siehe hierzu Abschnitt10.5.5).Ein mechanisches Gleichgewicht stellt sich zwischen zwei Systemen ein, wenn die auf die Grenzflächenzwischen den beiden Systemen wirkenden Kräfte gleich groß sind:2003