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Zustandsgrößen und Zustandsänderungen

System und Umwelt

Die Mechanik befasst sich mit der Bewegung von Massenpunkten unter dem Einfluss von Kräften (z.B. der Himmelsmechanik) und verwendet dafür physikalische Größen wie Masse, Länge, Zeit und Geschwindigkeit. Solche Größen heißen auch Messvariablen, da sie variabel sind und gemessen werden können.

Das Thema dieser Lerneinheit ist das Zustandsverhalten chemischer Stoffe. Es wird untersucht, in welcher Form - fest, flüssig oder gasförmig - der untersuchte Stoff für gegebene Werte von Druck p, Temperatur T und Volumen V vorliegt. Die Größen p , T und V werden als thermische Zustandsgrößen oder Zustandsvariablen bezeichnet.

System und Umwelt - Definitionen

Definition
Ein System ist ein begrenzter Raum, der mit dem Stoff ausgefüllt ist, den es zu untersuchen gilt.
Die Umwelt ist die das System umschließende Welt.

Es kann zwischen fünf Systemarten unterschieden werden:

  1. homogen: Das System liegt in einem Aggregatzustand vor (1 Phase):
    • gasförmig (gaseous, Symbol g),
    • flüssig (liquid, Symbol l oder fl),
    • fest (solid, Symbol s oder f).
  2. heterogen: Das System besteht aus mehreren Phasen, z.B.:
    • Wasser am Siedepunkt: 2 Phasen l + g,
    • Eis in Wasser: 2 Phasen s + l,
    • Mischung von Zucker und Kochsalz: 2 Phasen s + s,
    • Quecksilber/Wasser/Benzol: 3 Phasen l + l + l.
  3. offen: Zwischen System und Umwelt erfolgt ein Energie- und Stoffaustausch,
  4. geschlossen: Zwischen System und Umwelt erfolgt ein Energie-, aber kein Stoffaustausch,
  5. abgeschlossen: Zwischen System und Umwelt erfolgt kein Stoff- und kein Energieaustausch.
Abb.1
Schematische Darstellung der fünf Systemarten

Zustandsgrößen

Bei Zustandsgrößen des Systems wird allgemein folgende Unterscheidung getroffen:

Definition
Extensive Zustandsgröße: Der Wert der Zustandsgröße wächst linear mit der Stoffmenge. Das trifft in dieser Lerneinheit für das Volumen V zu.
Intensive Zustandsgröße: Der Wert der Zustandsgröße ist unabhängig von der Stoffmenge. Das trifft in dieser Lerneinheit für den Druck p und die Temperatur T zu.
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