Thermodynamik

Thermodynamik ist der Zweig der Physik, der sich mit Wärme und Temperatur sowie deren Beziehung zu Energie, Arbeit, Strahlung und Eigenschaften von Materie befasst. Das Verhalten dieser Größen wird durch die vier Hauptsätze der Thermodynamik bestimmt, die eine quantitative Beschreibung unter Verwendung messbarer makroskopischer physikalischer Größen liefern, die sich jedoch durch statistische Mechanismen in mikroskopischen Bestandteilen erklären lassen. Die Thermodynamik bezieht sich auf eine Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Themen, insbesondere auf physikalische Chemie, Chemieingenieurwesen und Maschinenbau, aber auch auf so komplexe Gebiete wie die Meteorologie. Die anfängliche Anwendung der Thermodynamik auf mechanische Wärmekraftmaschinen wurde früh auf die Untersuchung chemischer Verbindungen und chemischer Reaktionen ausgedehnt. Die chemische Thermodynamik untersucht die Rolle der Entropie bei chemischen Reaktionen und hat einen Großteil der Expansion und des Fachwissens auf diesem Gebiet ermöglicht. Eine Beschreibung jedes thermodynamischen Systems verwendet die vier Hauptsätze der Thermodynamik, die eine axiomatische Basis bilden. Das erste Gesetz legt fest, dass Energie als Wärme und Arbeit zwischen physikalischen Systemen ausgetauscht werden kann. Der zweite Hauptsatz definiert die Existenz einer Größe, die als Entropie bezeichnet wird und die thermodynamisch die Richtung beschreibt, in der sich ein System entwickeln und den Ordnungszustand eines Systems quantifizieren kann, und die verwendet werden kann, um die nützliche Arbeit zu quantifizieren, die aus dem System extrahiert werden kann .In der Thermodynamik werden Wechselwirkungen zwischen großen Ensembles von Objekten untersucht und kategorisiert. Im Zentrum stehen dabei die Konzepte des thermodynamischen Systems und seiner Umgebung. Ein System besteht aus Teilchen, deren durchschnittliche Bewegungen seine Eigenschaften definieren, und diese Eigenschaften sind wiederum durch Zustandsgleichungen miteinander verbunden. Eigenschaften können kombiniert werden, um innere Energie und thermodynamische Potentiale auszudrücken, die zur Bestimmung der Bedingungen für Gleichgewichts- und spontane Prozesse nützlich sind.

Mit diesen Werkzeugen kann mithilfe der Thermodynamik beschrieben werden, wie Systeme auf Änderungen in ihrer Umgebung reagieren. Dies kann auf eine Vielzahl von Themen in Wissenschaft und Technik angewendet werden, z. B. Motoren, Phasenübergänge, chemische Reaktionen, Transportphänomene und sogar Schwarze Löcher. Die Ergebnisse der Thermodynamik sind für andere Bereiche der Physik und für die Bereiche Chemie, Chemieingenieurwesen, Korrosionstechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau, Zellbiologie, Biomedizintechnik, Materialwissenschaften und Wirtschaft von wesentlicher Bedeutung. Das erste thermodynamische Lehrbuch wurde 1859 von William Rankine geschrieben, der ursprünglich als Physiker und Professor für Bau- und Maschinenbau an der Universität von Glasgow ausgebildet worden war. Das erste und zweite Hauptsatz der Thermodynamik entstanden gleichzeitig in den 1850er Jahren, hauptsächlich aus den Werken von William Rankine, und William Thomson.