Thermodynamik

Die Thermodynamik (von altgriechischθερμόςthermós „warm“ sowie δύναμιςdýnamis „Kraft“), oder Wärmelehre ist eine natur- und ingenieurwissenschaftlicheDisziplin. Sie hat ihren Ursprung im Studium der Dampfmaschinen und ging der Frage nach, wie man Wärme in mechanische Arbeit umwandeln kann. Dazu beschreibt sie Systeme aus hinreichend vielen Teilchen und deren Zustandsübergänge anhand von makroskopischen Zustandsgrößen, die statistische Funktionen der detaillierten Vielteilchenzustände darstellen. Als Ingenieurwissenschaft hat sie für die verschiedenen Möglichkeiten der Energie­umwandlung Bedeutung und in der Verfahrenstechnik beschreibt sie Eigenschaften und das Verhalten von Stoffen, die an Prozessen beteiligt sind. Als Begründer gilt Sadi Carnot, der 1824 seine wegweisende Arbeit schrieb.

Eine große Bedeutung haben die Hauptsätze der Thermodynamik, die eine ähnliche Stellung einnehmen wie die Newtonschen Axiome in der klassischen Mechanik oder die Maxwell-Gleichungen in der Elektrodynamik. Der erste Hauptsatz besagt, dass die gesamte Energie in einem abgeschlossenen System konstant ist, und hat als Energieerhaltung in der gesamten Physik Gültigkeit. Der zweite Hauptsatz drückt aus, in welcher Richtung Energieumwandlungen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, mechanische, elektrische oder chemische Energie vollständig in Wärmeenergie (thermische Energie) umzuwandeln. Wärmeenergie dagegen lässt sich nur teilweise und nur mit hohem technischen Aufwand in diese Energien umwandeln.



Geschichte




Der französische Physiker Nicolas Léonard Sadi Carnot untersuchte die Wärmemengen einer Dampfmaschine (1824). Er stellte fest, dass heißer Wasserdampf ein kälteres Wasserreservoir erwärmt und dabei mechanische Arbeit geleistet wird. Carnot vermutete, dass bei diesem Prozess keine Wärme verloren geht. Carnot beschrieb die Vorgänge in der Dampfmaschine als Kreisprozess, die in späteren Jahren von Émile Clapeyron in mathematischer Form dargestellt wurde (Carnotscher Kreisprozess).Der deutsche Arzt Julius Robert Mayer formulierte (1841) die These, dass Energie in einem abgeschlossenen System eine konstante Größe sein sollte. Energie kann nicht verschwinden, sondern nur in eine andere Form umgewandelt werden. Diese Erkenntnis ist als Energieerhaltungssatz bekannt. Mayer machte Berechnungen zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie. Er gab an, wie viel Energie die Temperaturerhöhung von 1 g Wasser um 1 °C entspricht und berechnete, dass diese Energiemenge einer mechanischen Energie entspricht, die 1 g Materie 367 Meter in die Höhe heben könnte (tatsächlich sind es 426 Meter). Diese Berechnungen bildeten die Grundlage zum Ersten Hauptsatz der Thermodynamik.James Prescott Joule bestimmte im Jahr 1844 noch genauer das mechanische Wärmeäquivalent.Im Jahr 1840 veröffentlichte der schweizerisch-russische Chemiker Hermann Heinrich Hess eine Abhandlung mit dem Titel Thermochemische Untersuchungen, die auf dem Satz von der Erhaltung der Energie bei Molekülen bzw. Atomen aufgrund von chemischen Reaktionswärmen basierte....

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Geboren & Gestorben

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Gestorben: Krzysztof Wilmanski stirbt in Berlin. Krzysztof Wilmanski war ein polnisch-deutscher Physiker, der auf den Gebieten Kontinuumsmechanik und Thermodynamik forschte.
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Gestorben: James Serrin stirbt in Minneapolis. James B. Serrin war ein US-amerikanischer Mathematiker, der sich vor allem mit Differentialgleichungen (partiellen und gewöhnlichen) sowie Kontinuumsmechanik und Thermodynamik beschäftigt.
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Gestorben: Harold L. Friedman stirbt in Stony Brook, Long Island, New York. Harold Leo Friedman war ein US-amerikanischer Chemiker und Hochschullehrer, der sich mit den strukturellen und thermodynamischen Eigenschaften von Flüssigkeiten beschäftigte und dabei wichtige Beiträge zur meereskundlichen und humanen Physiologie leistete.
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Gestorben: Ulrich Grigull stirbt. Ulrich Grigull war ein deutscher Thermodynamiker.
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Gestorben: Frederick D. Rossini stirbt in Juno Beach, Florida. Frederick Dominic Rossini war ein US-amerikanischer Chemiker, der sich mit chemischer Thermodynamik befasste.

Wissenschaft & Technik

1878

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Josiah Willard Gibbs entwickelt seine Phasenregel der Thermodynamik.

1853

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William John Macquorn Rankine führt den Begriff der Energie in die Thermodynamik ein.

1824

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Nicolas Léonard Sadi Carnot veröffentlicht seine Arbeit über den Kreisprozess Carnot-Prozess in der Thermodynamik.

Video

2004

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Was ist Entropie? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 4. Aug.

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