Anmerkung zu Vorlesung VL-20 Thermodynamik: (1) Allgemeines: Thermodynamik ist eine schwierige Disziplin der Physik. Sie hat ihren phäno- menologischen Ursprung in der technischen Anwendung und in den Ingeneurswis- senschaften. Die Begriffe der Thermodynamik richtig zu fassen ist nicht ein- fach. Als Beispiel haben wir die Temperatur und die Wärme diskutiert. Heut- zutage haben wir mit Hilfe von Modellvorstellungen, die aus der kinetischen Gastheorie stammen, ein vermeintlich tieferes und deutlich intuitiveres Ver- ständnis. Beachten Sie, dass die Pioniere der Thermodynamik (im 18./19. Jhrd) diese Modellvorlage nicht hatten und das große Physiker wie Ludwig Boltzmann die Verbindungen der statistischen Physik der großen Ensembles zu den phäno- menologischen Zustandsgrößen der Thermodynamik, wie Druck, Temperatur und Wärme, quasi aus dem Nichts abgeleitet haben, und dafür zu ihrer Zeit sogar angefeindet wurden. (2) Wärme, innere Energie, Arbeit, Enthalpie: Ein gutes Beispiel für die Schwierigkeiten bei der Einordnung der Begriff- lichkeiten der Thermodynamik ist die Unterscheidung der Größen: innere Energie, Enthalpie, Wärme und Arbeit. All diese Größen sind energiewertig, sie haben die Einheit Jule und können ineinander umgewandelt werden. Wenn Sie diese Be- griffe klar einordnen können ist ein Ziel dieser Vorlesung erreicht! Ein tie- fer Blick in die Folien 7-10 sollte Ihnen weiterhelfen: a) wie auf Folie 7 vorgeführt ist die Temperatur ein direktes Maß für die _innere Energie_ (U). Hohe Temperatur ist äquivalent zu hoher innerer Energie. b) wenn Sie einem System _Wärme_ (Q) zuführen kann diese in innere Energie aber auch in (Volumen-)Arbeit (W) umgewandelt werden. Sie sehen das anhand der ka- lorischen Zustandsgleichungen und des 1. Hauptsatzes der Wärmelehre auf den Folien 8 und 9: Wärmezufuhr bei konstantem Volumen bedeutet Wärme wird voll- ständig als innere Energie vom System aufgenommen. Wärmezufuhr bei konstantem Druck bedeutet Wärme wird vollständig als Enthalpie aufgenommen. Die Wärme wird dabei zugleich, sowohl in Form innerer Energie als auch in Form von Volumenarbeit aufgenommen. Wir werden die Rolle der Enthalpie in VL-21 noch etwas tiefer diskutieren. c) innere Energie vs. Enthalpie: Wenn Sie einem System bei konstantem Volumen Wärme zuführen und messen die Zu- nahme der Temperatur messen Sie die innere Energie. Wenn Sie einem System bei konstantem Druck Wärme zuführen und messen die Zunahme der Temperatur messen Sie die Enthalpie. Erinnern Sie sich an ihr Chemiepraktikum (physikalische Chemie). Dort haben Sie (z.B. bei der Glimmmspanprobe) immer die Enthalpie ge- messen. Der Grund ist, dass sich bei diesem Versuch die Luft spontan ausbrei- tet; man kann das Volumen des Gases nur mir größten Mühen konstant halten. In einem großen Raum ändert sich jedoch der Druck nicht. (3) cp-cV Ich verrate Ihnen noch warum ich meine Schwierigkeiten bei der Frage habe welche spezifische Wärmekapazität größer ist, cp oder cV? dQ~dT, die Propor- tiaonlitätskonstanten sind CV=n*cV oder Cp=n*cp, also dQ|p=const=n*cp*dT dQ|V=const=n*cV*dT Die kalorische Zustandsgleichung gibt also den Verlauf der Wärme als Funktion der Temperatur an dQ(dT)=n*cV*dT. Bei cV wandeln Sie mehr Wärme in Temperatur- anstieg um als bei cp. Der Grund ist, dass Sie im Fall p=const einen Teil der Wärme in Volumenarbeit umwandeln. Sollte cV dann nicht größer sein, als cp? Nein, genau das Gegenteil ist der Fall! Bei dem obigen Argument habe ich den Temperaturverlauf als Funktion der zugeführten Wärme, also dT(dQ)=1/(n*cp)*dQ im Sinn. Die richtige Intuition ist: die Erhöhung der Temperatur um einen fes- ten Betrag dT bedeutet, dass das System im Fall von cp mehr Wärme aufgenommen hat, als im Fall von cV. Konsequenterweise ist die Proportionalitätskonstante cp größer als cV.