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Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik
Оглавление2 2.1.1 Arbeit, Wärme und Energie
6 2.1.5 Die Enthalpie Anwendung 2-1: Dynamische Differenzialkalorimetrie
7 2.1.6 Adiabatische Änderungen
9 2.2.1 Standardenthalpien Anwendung 2-2: Energiespeicher im Körper
10 2.2.2 Standardbildungsenthalpien
11 2.2.3 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpien
12 2.3 Zustandsfunktionen und totale Differenziale
13 2.3.1 Totale und nicht totale Differenziale
14 2.3.2 Änderungen der Inneren Energie
15 2.3.3 Der Joule-Thomson-Effekt Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick Zusatzinformation 2-1: Adiabatische Prozesse Zusatzinformation 2-2: Die Beziehung zwischen den Wärmekapazitäten Diskussionsfragen Leichte Aufgaben Schwerere Aufgaben
16 Mathematischer Exkurs 2: Differenzialrechnung von Funktionen mehrerer Variablen ME2.1 Partielle Ableitungen ME2.2 Exakte Differenziale
■ In diesem Kapitel werden einige der Grundbegriffe der Thermodynamik eingeführt. Der Schwerpunkt liegt auf der Erhaltung der Energie – der experimentellen Beobachtung, dass Energie weder erschaffen noch vernichtet werden kann. Wir werden zeigen, wie man dieses grundlegende Prinzip nutzt, um Energieumwandlungen bei physikalischen und chemischen Prozessen quantitativ zu erfassen. Ein großer Teil dieses Kapitels befasst sich daher mit einer sorgfältigen Analyse aller Arten des Energieaustauschs zwischen System und Umgebung in Form von abgegebener oder aufgenommener Arbeit oder Wärme. Ein Ziel des Kapitels ist die Klärung des Begriffs Enthalpie, einer Eigenschaft, die uns ermöglicht, die Abgabe oder Aufnahme von Wärme bei physikalischen Prozessen und chemischen Reaktionen bei konstantem Druck zu verfolgen. Wir werden uns auch einen ersten Eindruck davon verschaffen, wie leistungsfähig thermodynamische Algorithmen für das Erkennen von Zusammenhängen zwischen verschiedenen Zustandsgrößen eines Systems sind. Dabei wird sich zeigen, dass man unbekannte Größen des Systems, die man nicht direkt messen kann, auch indirekt durch geeignete Kombination messbarer Eigenschaften erhält – ein Aspekt der Thermodynamik, der für die praktische Arbeit nützlich ist. Mithilfe der Beziehungen, die wir in diesem Kapitel herleiten werden, können wir unter anderem die Verflüssigung von Gasen erklären und das Verhältnis der Wärmekapazitäten eines Stoffs unter verschiedenen Bedingungen ermitteln.
Die bei einem Prozess freigesetzte Energie kann genutzt werden, um Wärme zu erzeugen (Brennstoff verbrennt in einem Ofen) oder mechanische (Brennstoff verbrennt in einer Wärmekraftmaschine) oder elektrische Arbeit (eine chemische Reaktion erzeugt einen Strom in einem Stromkreis) zu leisten. In der Chemie begegnen uns Reaktionen, die unmittelbar zur Wärme- und Arbeitsgewinnung ausgenutzt werden, Reaktionen, deren Produkte zwar benötigt werden, deren freigesetzte Energie jedoch ungenutzt (und oft zum Schaden der Umwelt) abgegeben wird, und schließlich Reaktionen, die Grundlage des Lebens selbst sind. Mithilfe der Thermodynamik, der Lehre von der Umwandlung der Energie, können wir all diese Vorgänge quantitativ auswerten.
