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Thermodynamik

Synonym: Wärmelehre
Englisch: thermodynamics

1 Definition

Die Thermodynamik ist ein Teilgebiet der klassischen Physik. Sie beschäftigt sich mit den Zusammenhängen von Energie, Arbeit und Temperatur.

Das interdisziplinäre Teilgebiet der Biologie, der Biophysik und der Biochemie, das sich mit der Thermodynamik in lebenden Organismen befasst, ist die Bioenergetik.

2 Allgemein

In der Thermodynamik wird zwischen folgenden zwei Systemen unterschieden:

  • offenes System
  • geschlossenes (abgeschlossenes, isoliertes) System

In einem geschlossenen System wird der Energieerhaltungssatz eingehalten. Das bedeutet, dass die Summe aller Energieformen (thermische und/oder chemische Energie, Spannungsenergie, usw.) konstant und somit erhalten bleibt.

Die Thermodynamik kann auch als "Greifarm" zwischen den Größen Wärme und Arbeit mit den jeweiligen Zustandsgrößen verstanden werden. Zu den Zustandsgrößen werden u.a. gezählt:

3 Hauptsätze

Die Thermodynamik postuliert zwei Hauptsätze, jedoch kamen (später) additiv zwei weitere Hauptsätze hinzu ("0. Hauptsatz" und "3. Hauptsatz"):

siehe auch: Hauptsätze der Thermodynamik

3.1 1. Hauptsatz

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist aus dem Energieerhaltungsatz abgeleitet: Jedes System besitzt eine innere Energie U. Diese kann sich nur durch den Transport von Energie in Form von Arbeit W und/oder Wärme Q über die Grenze des Systems ändern, das heißt:

dU= δQ + δW

3.2 2. Hauptsatz

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik postuliert, dass in einem isolierten System die Entropie nicht absinken kann wird deshalb auch als "Entropiesatz" bezeichnet. Durch das Übertragen von Wärme von einem Körper auf einen anderen wird zeitgleich auch Entropie überführt. Extern zugeführte Wärme verstärkt die atomare bzw. molekulare Bewegung und erhöht dadurch die Entropie. Wird einem Körper mit der Temperatur T eine Wärmemenge Q zugeführt, so erhöht sich dessen Entropie um δS = Q ÷ T.

Aus dem 2. Hauptsatz folgt, dass Wärme nur unter dem Aufwand von Arbeit von einem Bereich mit niedriger Temperatur in einen Bereich mit höherer Temperatur übertragen werden kann.

4 Literatur

  • "Physik für Mediziner" - Ulrich Harten, 13. Auflage, Springer Verlag

5 Quellen

Fachgebiete: Physik

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