Thermodynamik

Thermodynamische Systeme

In diesem Video zeigen wir dir einige wichtige Grundlagen hinsichtlich der Unterscheidungen verschiedener thermodynamischer Systeme.

Einführung verschiedener Arten von thermodynamischen Systemen

Um die Grundlagen der Thermodynamik zu verstehen, überlegen wir uns als erstes, was thermodynamische Systeme sind. Per Definition ist das die Abgrenzung eines Bereichs für die thermodynamische Analyse, umschlossen von gedachten Systemgrenzen.

geschlossenes System, isoliertes System, offenes System
Drei Arten von thermodynamischen Systemen

Bei der Wahl von thermodynamischen Systemen unterscheiden wir zwischen drei Arten: geschlossen, isoliert und offen.

Ein geschlossenes System

Das geschlossene System ist materieundurchlässig, lässt aber einen Energieaustausch zu – zum Beispiel in Form von Wärme. Du kannst dir dabei eine geschlossene Flasche Bier vorstellen. Wir können die Temperatur ändern, aber der Inhalt bleibt gleich.

Beispiel für ein abgeschlossenes System oder auch isoliertes System

Das isolierte System hingegen lässt weder einen Materie- noch einen Energieaustausch zu. Das ist der Fall, wenn du die Bierflasche isolierst und somit kein Wärmeaustausch mehr stattfinden kann. Hierbei handelt es sich eher um eine idealisierte Vorstellung, das eine hundertprozentige Abschottung in der Realität nicht möglich ist.

Umwandlung in ein offenes System

Sobald du die Bierflasche öffnest, entsteht eine Verbindung zu der Umgebung und es wird sowohl ein Materie- als auch ein Energieaustausch zugelassen. Dabei kann auch wieder Wärme aus der Umgebung aufgenommen beziehungsweise an die Umgebung abgegeben werden. Dies wird als offenes System bezeichnet. Außerdem bist du, als Mensch auch ein offenes System, da der menschliche Körper einen Wärmeaustausch mit seiner Umwelt durchführt.

Genauere Betrachtung der Systemgrenzen

Betrachten wir als Beispiel kochendes Wasser im Topf. Als thermodynamisches System können wir hier einfach das kochende Wasser selbst wählen und unsere Systemgrenzen darumlegen. Das können wir dann später thermodynamisch analysieren.

thermodynamische Systeme
Festlegung von Systemgrenzen

Du kannst dir bestimmt vorstellen, dass das System immer vom betrachteten Fall abhängt. Wenn wir Eier ins Wasser legen, können wir auch die Systemgrenzen um das Ei legen, falls uns das Ei mehr interessiert.

Unterscheidung von fluiden Phasen und Reinstoffen

Wir wissen jetzt also welche Systeme wir betrachten und wie wir sie abgrenzen können. Nun wollen wir diese Systeme aber noch beschreiben können. In der Regel betrachten wir fluide Phasen und sogenannte Reinstoffe.

thermodynamische Systeme
Unterscheidung von fluiden Phasen und Reinstoffen

Fluide Phasen sind flüssig oder gasförmig. Das heißt: alles, was sich zum Beispiel keiner Kuchenform anpasst, ist kein Fluid! Weiterhin zeichnen sich fluide Phasen dadurch aus, dass sie homogen verteilt und örtlich konstant sind. Bei kochendem Wasser nehmen wir also an, dass das Wasser überall „gleich“ kocht.

H3 Definition von Reinstoffen in einem thermodynamischen System

Und was sind jetzt Reinstoffe? Das ist eigentlich ganz einfach. Reinstoffe bestehen nur aus einer Art von Atomen beziehungsweise Molekülen.

thermodynamische Systeme, Reinstoff, Moleküle
Abgrenzung von Reinstoffen zu Gasgemischen

Bei einem Gas zum Beispiel nur aus Wasserstoff, oder nur aus Sauerstoff. Luft ist – im Gegensatz dazu – ein Gasgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und einigen anderen Gasen.

So, nun kannst du zwischen den verschiedenen thermodynamischen Systemen unterscheiden und weißt, wie du deine Systemgrenzen festlegen musst.

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