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Physik IV - Thermodynamik (4 st.)

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Experimentalphysik IV - Thermodynamik Stand Jan.24

I) Einleitung

  1. Grundbegriffe
  2. Einfache Systeme
  3. Extensive und intensive Größen
  4. Die Gibbs'sche Fundamentalform

II) Thermische Systeme

  1. Energie, Entropie und Temperatur
  2. Hauptsätze der Thermodynamik
  3. Arbeit und Wärme
  4. Die Messung der Temperatur
  5. Die Messung der Wärmekapazität und der Entropie
  6. Irreversibilität und Entropieerzeugung
  7. Wärmestrom und Wärmeleitung

III) Das ideale Gas

  1. Stoffmenge und chemisches Potenzial
  2. Die thermische Zustandsgleichung
  3. Die kalorische Zustandsgleichung
  4. Die Maxwell-Verteilung
  5. Erwärmung und Abkühlung - Wärmekapazitäten
  6. Der Gleichverteilungssatz
  7. Expansion und Kompression - Kompressibilitäten
  8. Die Entropie eines idealen Gases

IV) Maschinen

  1. Die Kopplung verschiedener Energie-Transportprozesse
  2. Das Carnot'sche Prinzip
  3. Unvollkommene Maschinen - Irreversibilität
  4. Unzerlegbare Systeme
  5. Carnot- und Stirling-Prozeß mit idealen Gasen
  6. Der historische Weg zur Entropie
  7. Beispiele: Wärmepumpe, Kühlschrank

V) Thermodynamische Potenziale

  1. Weitere Massieu-Gibbs-Funktionen
  2. Maxwellrelationen
  3. absolute Temperatur
  4. Freie Energie und chemisches Potenzial

VI) Zusammengesetzte Systeme und Gleichgewichte

  1. Gleichgewicht und Stabilität
  2. Mischungsentropie
  3. Ideale Lösungen
  4. Der osmotische Druck*
  5. Chemische Reaktionen*

VII) Transportphänomene

  1. Transport durch bewegliche Teilchen
  2. Mittlere freie Weglänge
  3. Diffusion
  4. Diffusion und Diffusionsgleichgewichte in äußeren Feldern
  5. Viskosität*
  6. Wämeleitfähigkeit
  7. Thermoelektrizität

VIII) Reale Systeme

  1. Phasenübergänge
  2. Phasengleichgewichte
  3. Instabilitäten in realen Mischungen
  4. Das reale Gas
  5. Der Phasenübergang im van der Waals-Modell

IX) Statistische Thermodynamik

  1. Elementare Bose- und Fermi-Verteilungen
  2. Beispiele: Schwarzkörper
  3. Elektronen in Metallen

Voraussetzungen:

  • Analysis mehrerer Veränderlicher: partielle Ableitungen, totales Differenzial, Integrabilitätsbedingungen, Extrema mit Nebenbedingungen, Fouriertransformation von Differenzialgleichungen
  • Quantenmechanik des Teilchens im Kasten und des harmonischen Oszillators - diese werden zum benötigten Zeitpunkt im Rahmen der "Strukur der Materie I" bereitgestellt.

Literatur:

  • Manuskript C. Strunk: Moderne Thermodynamik (auf der Homepage von C.Strunk)
  • D.V. Schroeder: An Introduction to Thermal Physics
  • W. Demtröter: Experimentalphysik 1 (Mechanik und Wärme)

Webredaktion Physik - 17.01.2024 10:21

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