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Tutorial MenueThermodynamikLerneinheit 2 von 8

1. Hauptsatz

1. Hauptsatz

Zur Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik benötigt man den Begriff der inneren Energie U.

Innere Energie
Unter der inneren Energie eines Systems versteht man die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien der Moleküle in sich und relativ zueinander, das heißt die Summe von Translations-, Rotations-, Schwingungsenergie; weiterhin die Energie der zwischenmolekularen Wechselwirkungen, Elektronenenergie, Kernenergie.

Die innere Energie enthält nicht die "äußere Energie", das heißt die kinetische oder potentielle Energie des Gesamtsystems gegenüber der Erde (Behälter fliegt durch die Luft oder befindet sich in Ruhe auf dem Tisch oder auf dem Boden). Für thermodynamische Berechnungen ist es nicht erforderlich, Absolutbeträge der inneren Energie zu kennen, sondern es werden lediglich Änderungen der inneren Energie ΔU (zum Beispiel bei chemischen Reaktionen) bestimmt.

Die innere Energie eines Systems kann dadurch geändert werden, dass es aus seiner Umgebung Energie aufnimmt oder an die Umgebung abgibt. Dies kann entweder durch Wärmeaustausch erfolgen oder dadurch, dass das System Arbeit leistet oder Arbeit am System geleistet wird. Bezeichnet man die einem System zugeführte Arbeit mit W und die zugeführte Wärme mit Q, so kann man das Prinzip von der Erhaltung der Energie formulieren durch die Gleichung:

1. Hauptsatz
Δ U = W + Q

Die von einem System mit seiner Umgebung ausgetauschte Summe von Arbeit und Wärme ist also gleich der Änderung der inneren Energie des Systems. Arbeit und Wärme sind ineinander unter Erhalt der Gesamtenergie umwandelbar. Die Hauptsätze der Thermodynamik sind nicht aus anderen Beziehungen ableitbar, sondern es handelt sich um Erfahrungssätze, deren Gültigkeit durch eine Vielzahl von Experimenten belegt ist.

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