Monday, February 11, 2019

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Thermodynamisches Gleichgewicht - Wikipedia


Thermodynamisches Gleichgewicht ist ein axiomatisches Konzept der Thermodynamik. Es ist ein interner Zustand eines einzelnen thermodynamischen Systems oder eine Beziehung zwischen mehreren thermodynamischen Systemen, die durch mehr oder weniger durchlässige oder undurchlässige Wände verbunden sind. Im thermodynamischen Gleichgewicht gibt es weder innerhalb eines Systems noch zwischen Systemen systematische makroskopische Nettoflüsse von Materie oder Energie. In einem System, das sich im eigenen thermodynamischen Gleichgewicht befindet, tritt keine makroskopische Veränderung auf. Systeme im gegenseitigen thermodynamischen Gleichgewicht befinden sich gleichzeitig in einem thermischen, mechanischen, chemischen und Strahlungsgleichgewicht. Systeme können sich in einer Art gegenseitigen Gleichgewicht befinden, in anderen jedoch nicht. Im thermodynamischen Gleichgewicht bleiben alle Arten von Gleichgewichten auf einmal und auf unbestimmte Zeit erhalten, bis sie durch einen thermodynamischen Betrieb gestört werden. In einem makroskopischen Gleichgewicht kommt es zu nahezu oder vollständig genau ausbalancierten mikroskopischen Austauschen. Dies ist die physikalische Erklärung für den Begriff des makroskopischen Gleichgewichts.

Ein thermodynamisches System besitzt in seinem eigenen inneren thermodynamischen Gleichgewicht eine räumlich einheitliche Temperatur. Seine intensiven Eigenschaften, die nicht die Temperatur sind, können durch ein unverändertes, weitreichendes Kraftfeld, das ihm von seiner Umgebung auferlegt wird, zu räumlicher Inhomogenität geführt werden.

In Nicht-Gleichgewichtssystemen dagegen gibt es Nettoflüsse von Materie oder Energie. Wenn solche Änderungen in einem System ausgelöst werden können, in dem sie nicht bereits vorkommen, wird von einem metastabilen Gleichgewicht gesprochen.

Obwohl es kein weithin genanntes Gesetz ist, ist es ein Axiom der Thermodynamik, dass Zustände eines thermodynamischen Gleichgewichts existieren. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass, wenn ein Materialkörper aus einem Gleichgewichtszustand beginnt, in dem Teile davon durch mehr oder weniger durchlässige oder undurchlässige Trennwände in unterschiedlichen Zuständen gehalten werden und eine thermodynamische Operation die Trennwände entfernt oder durchlässig macht es wird isoliert, dann erreicht es spontan seinen eigenen neuen Zustand des inneren thermodynamischen Gleichgewichts, und dies wird von einer Zunahme der Summe der Entropien der Teile begleitet.




Überblick [ edit ]


Die klassische Thermodynamik befasst sich mit Zuständen des dynamischen Gleichgewichts. Der Zustand eines Systems im thermodynamischen Gleichgewicht ist derjenige, für den ein gewisses thermodynamisches Potenzial minimiert ist oder für den die Entropie ( S ) für bestimmte Bedingungen maximiert ist. Ein solches Potenzial ist die freie Helmholtz-Energie ( A ) für ein System mit einer Umgebung mit kontrollierter konstanter Temperatur und Volumen:


Ein weiteres Potenzial, die Gibbs freie Energie ( G ), wird bei einem thermodynamischen Gleichgewicht in einem System mit einer Umgebung mit kontrollierter konstanter Temperatur und konstantem Druck minimiert:


wobei T die absolute thermodynamische Temperatur bezeichnet, P der Druck, S die Entropie, V das Volumen und U die innere Energie des Systems.

Thermodynamisches Gleichgewicht ist der einzigartige stabile stationäre Zustand, der angefahren wird oder schließlich erreicht wird, wenn das System über längere Zeit mit seiner Umgebung interagiert. Die oben genannten Potentiale sind mathematisch so aufgebaut, dass sie die thermodynamischen Größen sind, die unter den besonderen Bedingungen in der spezifizierten Umgebung minimiert werden.


Bedingungen [ edit ]


  • Für ein vollständig isoliertes System ist S ein Maximum im thermodynamischen Gleichgewicht.

  • Für ein System mit kontrollierter konstanter Temperatur und Volumen A ist ein Minimum im thermodynamischen Gleichgewicht.

  • Bei einem System mit kontrollierter konstanter Temperatur und konstantem Druck ist G im thermodynamischen Gleichgewicht ein Minimum.

Die verschiedenen Arten von Gleichgewichten werden erreicht wie folgt:


  • Zwei Systeme befinden sich im thermischen Gleichgewicht wenn ihre Temperaturen gleich sind.

  • Zwei Systeme befinden sich im mechanischen Gleichgewicht, wenn ihre Drücke gleich sind.

  • Zwei Systeme sind diffuses Gleichgewicht wenn ihre chemischen Potentiale gleich sind.

  • Alle Kräfte sind ausgeglichen und es gibt keine signifikante äußere Triebkraft.

Beziehung des Austauschgleichgewichts zwischen Systemen