Wie du weißt herrscht ein Gleichgewicht immer dann, wenn sich ein System nicht mehr weiter ändert. In diesem Beitrag geht es um das Gleichgewicht in thermodynamischen Systemen.
Inhaltsübersicht
Abgrenzung von thermodynamischen Systemen und die drei verschiedenen Arten von Gleichgewichten
Ein System kann in der Thermodynamik durch zwei Systemgrenzen von seiner Umgebung isoliert sein. Eine diatherme Systemgrenze ist wärmedurchlässig. Eine adiabate Systemgrenze dagegen ist wärmeundurchlässig.
Nach einer Störung von außen kehren die meisten Systeme nach einiger Zeit wieder in einen Gleichgewichtszustand zurück.
Stell dir zunächst einen Luftballon vor. Im Inneren des Ballons herrscht ein höherer Druck als in der Umgebungsluft.
Wenn du nun ein Loch in den Ballon machst, strömt die Luft aus dem Ballon aus und ein Zustand des Gleichgewichts wird angestrebt.
Nach kurzer Zeit entspricht der Druck im Ballon dem der Umgebung.
Wir unterscheiden im Allgemeinen zwischen einem mechanischen, chemischen und thermischen Gleichgewicht.
Erklärung zum mechanischen Gleichgewicht
Das mechanische Gleichgewicht ist dann erreicht, wenn sich die Summe aller internen und externen Krafteinwirkungen zu Null kompensieren.
Also wenn jede Bewegung durch Reibung unterbunden wird und sich das System am Minimum der potentiellen Energie befindet.
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Das chemische Gleichgewicht
Wenn du zum Beispiel Salz in Wasser auflöst, sprechen wir von einem chemischen Gleichgewicht, sobald das Wasser gesättigt ist und sich die Zahl der gelösten Ionen nicht mehr ändert. Die Teilchenzahl ändert sich also nicht mehr.
Das thermische Gleichgewicht
Zu guter Letzt gibt es noch das thermische Gleichgewicht. Es setzt voraus, dass sowohl alle Teile innerhalb des diathermisch getrennten Systems, als auch die Umgebung selbst die gleiche Temperatur haben.
Wenn du also dein Bier in den Kühlschrank stellst und dieses nach einiger Zeit die Temperatur der Umgebungsluft annimmt, findet kein weiterer Wärmefluss mehr statt. Es herrscht ein thermisches Gleichgewicht.
Das thermodynamische Gleichgewicht als Zusammenfassung der drei Untergleichgewichte
Das thermodynamische Gleichgewicht umfasst alle diese drei Unterpunkte und setzt voraus, dass keine weiteren Veränderungen an den Zustandsvariablen, wie Temperatur, Druck oder Teilchenanzahl auftreten.
So, nun kennst du die verschiedenen Gleichgewichtszustände in der Thermodynamik und weißt wann diese erreicht sind. Viel Erfolg.
Thermodynamisches Gleichgewicht — häufigste Fragen
(ausklappen)
Thermodynamisches Gleichgewicht — häufigste Fragen
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Was ist ein thermodynamisches System?Ein thermodynamisches System ist ein abgegrenzter Teil der Welt, den man getrennt von seiner Umgebung betrachtet. Die Abgrenzung erfolgt über eine Systemgrenze, über die je nach Art der Grenze Wärme mit der Umgebung ausgetauscht werden kann oder nicht. Zustandsgrößen sind zum Beispiel Druck und Temperatur.
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Was ist der Unterschied zwischen einer diathermen und einer adiabaten Systemgrenze?Eine diatherme Systemgrenze ist wärmedurchlässig, sodass Wärme zwischen System und Umgebung fließen kann. Eine adiabate Systemgrenze ist wärmeundurchlässig, sodass kein Wärmeaustausch über diese Grenze stattfindet. Beide Begriffe beziehen sich nur darauf, ob Wärme durch die Grenze hindurchgeht.
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Wann liegt mechanisches Gleichgewicht vor?Mechanisches Gleichgewicht liegt vor, wenn sich alle inneren und äußeren Kräfte gegenseitig ausgleichen und dadurch keine Bewegung mehr „angetrieben“ wird. Dann ändert sich zum Beispiel der Druck im System nicht weiter durch Ausgleichsprozesse. Beim Luftballon ist das erreicht, wenn innen und außen derselbe Druck herrscht.
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Kann ein System im thermischen Gleichgewicht sein, ohne chemisches oder mechanisches Gleichgewicht?Ein System kann im thermischen Gleichgewicht sein, ohne chemisches oder mechanisches Gleichgewicht zu haben. Thermisches Gleichgewicht bedeutet nur, dass überall dieselbe Temperatur vorliegt und kein Wärmestrom mehr fließt. Druckausgleich oder Änderungen der Teilchenzahlen können dabei trotzdem noch ablaufen, daher ist das noch kein thermodynamisches Gleichgewicht.
Thermodynamik verstehen
Das thermodynamische Gleichgewicht gehört zur Thermodynamik und beschreibt ruhende Zustände in einem physikalischen System. Wer sich mit Thermodynamik beschäftigt, vergleicht Wärme, Druck und Stoffaustausch in Systemen und ihrer Umgebung. So wird klar, wann sich ein Zustand noch ändert und wann Größen wie Temperatur oder Druck konstant bleiben. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.
