Die Thermodynamik – auch Wärmelehre bezeichnet – beschäftigt sich mit der Möglichkeit, der Umverteilung von verschiedenen Energieformen. Die Thermodynamik ist nicht nur im Fach Physik von Interesse, sondern auch im Fach Chemie. Wichtige Fragestellungen sind dabei, wie ein Stoff oder ein System reagiert, wenn diesem System Wärme zugeführt oder entzogen wird.
Grundlage der Thermodynamik sind die vier Hauptsätzen (0., 1., 2. und 3. Hauptsatz der Thermodynamik) sowie Gleichungen zwischen den Zustandsgrößen Temperatur T, Druck p, Konzentration n ( z. B. ideales/ reales Gasgesetz). Mithilfe dieser Hilfsmittel kann die Thermodynamik durch die Aussagen darüber, welche Änderungen an einem System möglich sind, z.B. ob eine Reaktion ablaufen kann. Die Thermodynamik macht aber keine Aussagen darüber, wie schnell die Prozesse ablaufen (dies ist das Fachgebiet Kinetik)
Wichtige Zustandsgrößen in der Thermodynamik sind dabei die innere Energie U, die Enthalpie H, die freie Enthalpie G und die Entropie S
Wer sich im Bereich der physikalischen Chemie mit dem Bereich “Thermodynamik” beschäftigt, dem muss bewusst sein, dass die Größe “Temperatur” ein wesentlicher Faktor in der physikalischen Chemie ist. Dies lässt sich bereits daran erkennen, dass die Konstanten einer chemischen Reaktion nur bei einer bestimmten Temperatur gültig sind. Vielen ist in diesem Zusammenhang die sog. RGT-Regel ein Begriff. Temperaturen setzen viele mit einer bestimmten Energiemenge (Wärmemenge) gleich. Richtiger wäre es, die Temperatur als ein makroskopisches Maß für die Bewegung von Teilchen gleichgültig ob Atome, Ionen oder Moleküle in einem Körper zu sehen.
So zeigte sich im 18 Jhd., dass das Gasvolumen (eines idealen Gases) nicht nur vom Druck, sondern auch von der Temperatur abhängt (Gay-Lussac). Danach nimmt das Volumen bei konstantem Druck linear mit der Temperatur zu. So kann eine Temperaturänderung ein System stark beeinflussen. Liegen in einem System Stoffe im flüssigem oder gasförmigem Zustand vor, so befinden sich die Teilchen in ständiger Bewegung (sog. Wärmebewegung).
Findet nun ein Kontakt zwischen zwei Teilchen in diesem System statt, so findet zwischen den Teilchen ein Energieaustausch
statt. Hierbei gilt der 0. Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Energie vom “wärmeren” zum “kälteren” Körper übertragen wird bis der Zustand thermischen Gleichgewichts erreicht ist. Dieses Beispiel zeigt deutlich die große Bedeutung der Thermodynamik, da sie Auskunft über die Energiebeteiligung eines Vorgangs geben kann.
Durch Temperaturänderung können Feststoffe in Flüssigstoffe überführt werden, was teilweise die Stoffeigenschaften beträchtlich ändern kann (z.B. Oberflächenvergrößerung). Da Prozesse dieser Art Energie benötigen, ist die Thermodynamik (Beschreibung von Systemen und damit die Aussage, ob eine Reaktion möglich ist) auch die Lehre von Umwandlungen der Energieformen und dem Energietransport.
Die Thermodynamik ist ein Bereich der Physik, der sich mit den Wechselwirkungen von Wärme und anderen Formen von Energie beschäftigt.
Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik ist auch bekannt als das Gesetz der Energieerhaltung. Es besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann.
Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie eines isolierten Systems immer zunimmt oder gleich bleibt.
Entropie in der Thermodynamik ist ein Maß für die Unordnung oder das Chaos in einem System. Es wird oft als Maß für die nutzbare Energie in einem System angesehen.
Die Temperatur repräsentiert in der Thermodynamik die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes.
Nein, nach den Gesetzen der Thermodynamik kann ein Perpetuum Mobile der ersten Art, das unendlich Energie erzeugt, nicht existieren.
Die Absolute Nullpunkttemperatur ist die niedrigste mögliche Temperatur, bei der alle stofflichen Teilchen (fast) in den Grundzustand übergehen. Sie entspricht 0 Kelvin bzw. -273,15 Grad Celsius.
In der Thermodynamik wird Energie üblicherweise in der Einheit Joule gemessen.
Ein adiabatischer Prozess ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet.
In einem geschlossenen System findet kein Austausch von Materie mit der Umgebung statt, während in einem offenen System sowohl Energie als auch Materie ausgetauscht werden können.