Beispiele für Zustandsänderungen

1. Beispiele für Zustandsänderungen Von der Prozessführung abhängige Ergebnisse: : Adiabatisch – isotherm – isochor – isobar

2. Inhalt • Beispiel für eine Zustandsänderung: Ausdehnung eines idealen Gases • Isotherm: „Gay-Lussacscher Überström-Versuch“,irreversibel • Adiabatisch, reversibel • Mit Energie-Speicher für Wärme und mechanische Energie : Isotherm reversibel • Ein Maß für die Reversibilität einer Zustandsänderung: Die Entropie (Clausiussche Definition)

3. Reversible und irreversible Zustandsänderungen • Reversible Zustandsänderungen können ohne Energiezufuhrvon außen zumAnfangszustand gebracht werden • „als wäre nichts geschehen“ • Alle anderen (realen) Zustandsänderungen sind irreversibel

4. Versuche zur Prozessführung • Rakete ohne Wasser • Rakete mit Wasser

5. Irreversible Prozessführung, isotherm( „Gay-Lussacscher Überström-Versuch“) • Definition des „abgeschlossenen Systems“ • Entfernung einer Wand vergrößert das Volumen, der Druck fällt • Die Geschwindigkeit der Teilchen – d. h. die Temperatur – bleibt konstant • Irreversibel, denn der Anfangszustand ist nur mit Energieaufwand von außen erreichbar: • Stempel zur adiabatischen Verdichtung • Wärmebad, um die Wärme abzuführen

6. 1000 dQ/T 500 0,030 0,025 0,020 0 600000 0,015 500000 400000 0,010 300000 200000 0,005 100000 Zurück zum Anfangszustand nur durch Zufuhr mechanischer Energie von außen Zustandsänderung bei isothermer Expansion S2 Anfangszustand S1 Endzustand Temperatur Entropie Änderung bei Entfernung der Wand Volumen Druck

7. Adiabatische Prozessführung • Reversibel • Das angehobene Gewicht speichert die vom Gas abgegebene Energie • Bei Umkehrung wird damit der Anfangszustand ohne Energiezufuhr von außen erreicht • Unterschied zum Gay-Lussac Versuch: Unterschiedliche Temperaturen von Anfangs- und Endzustand

8. 1000 500 0,030 0,025 0,020 0 600000 0,015 500000 400000 0,010 300000 200000 0,005 100000 Zustandsänderung bei adiabatischer Expansion S2 S1 Temperatur Volumen Druck

9. Isotherme, reversible Prozessführung mit Wärmebad Wärmebad • Das Wärmebad liefert die Wärme zur Expansion • Das angehobene Gewicht speichert die vom Gas nach außen abgegebene Energie • Bei Umkehrung der Energie-Flüsse wird der Anfangszustand ohne Eingriff von außen erreicht

10. Entropieänderung bei Volumenvergrößerung des Gases 1000 500 Wärmefluss vom Bad zum Gas 0,030 0,025 0,020 0 600000 0,015 500000 400000 0,010 300000 200000 0,005 100000 Zustandsänderung bei reversibler Expansion S2 S1 Die Entropie des abgeschlossenen Systems bleibt unverändert Temperatur Volumen Druck

11. Zusammenfassung • Unterschiedliche „Prozessführungen“ bei der Ausdehnung eines idealen Gases : • Isotherm: „Gay-Lussacscher Überström-Versuch“,irreversibel • Mit Energie-Speicher für mechanische Energie: Adiabatisch, reversibel • Mit Energie-Speicher für Wärme und mechanische Energie : Isotherm, reversibel • Ein Maß für die Reversibilität einer Zustandsänderung ist die Entropie • Zustände, die ohne Wärmefluss erreichbar sind, liegen in der p,V,T Fläche auf Linien gleicher Entropie • Die Entropie bleibt konstant, wenn keine Wärme fließt

12. Finis