Zustandsänderungen in Systemen

In diesem Kapitel soll es um eine allgemeine Übersicht über Zustandsänderungen in Systemen dargestellt werden. Dazu werden einige Grundlagen wie Systeme (offen, abgeschlossen) und Zustandsgrößen (intensiv, extensiv) benötigt.

Zur Wiederholung: Extensiven Zustandsgrößen skalieren ein System und sind physikalischen Größen, wie die Stoffmenge oder das Volumen. Intensiven Zustandsgrößen haben hingegen keinen Skaleneffekt, d.h die Zustandsgrößen sind unabhängig von der Größe des Systems, dies sind physikalische Größen wie der Druck und die Temperatur.

Übersicht über Zustandsänderungen

Die Frage, warum eine Übersicht bei Zustandsänderungen hilfreich ist, lässt sich relativ einfach anhand der verschiedenen Reaktionen bei Gasen zeigen. So dehnen sich Gase bei konstantem Druck bei Wärmezufuhr aus, während sich Gase bei konstanter Temperatur bei Druckerhöhung komprimieren lassen. Bei konstanten Volumen und Temperaturerhöhung eines Gases steigt der Druck.

Nachfolgend soll eine kleine Übersicht dargestellt werden, wie Zustandsänderung beschrieben werden bzw. welche Variablen benötigt werden, um den Zustand des Systems zu beschreiben.

Adiabatische Zustandsänderungen:
Zustandsänderungen (eines Gases) in einem System, ohne das hierbei ein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet.

Isotherme Zustandsänderungen:
Zustandsänderungen (eines Gases) bei konstanter Temperatur und konst. Stoffmenge. Die Temperatur ist daher konstant, der Zusammenhang zwischen Volumen und Druck ist: V₁ p₁= V₂ p₂

Isobare Zustandsänderungen:
Zustandsänderungen (eines Gases) bei konstantem Druck und konst. Stoffmenge. Der Druck ist daher konstant, der Zusammenhang zwischen Volumen und Temperatur ist: V₁ : T₁ = V₂ : T₂

Isochore Zustandsänderungen:
Zustandsänderungen (eines Gases) bei konstantem Volumen und konst. Stoffmenge. Das Volumen ist daher konstant, der Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur ist: p₁ : T₁ = p₂ : T₂