T1   Thermodynamische Zustandsgrössen

 
Einzelne Teilchen eines Gases haben die 'mikroskopischen' Eigenschaften Geschwindigkeit, Masse und Impuls. Dem ganzen Gas werden hingegen die 'makroskopischen' Eigenschaften Volumen, Druck, Dichte, Temperatur, Innere Energie, Enthalpie und Entropie zugeschrieben. Zudem besteht das Gas aus einer bestimmten Anzahl von Teilchen, die auch als Vielfaches der Avogadro-Zahl geschrieben werden kann.

Man unterscheidet dabei intensive Zustandsgrössen wie Temperatur und Druck von den extensiven Zustandsgrössen wie Volumen, Teilchenzahl und Innerer Energie. Intensive Zustandsgrössen sind unabhängig von der Grösse des betrachteten Ensembles. Zwei gleiche Kinderballone haben zusammen nicht die doppelte Temperatur, sie haben aber das doppelte Volumen und auch die doppelte Enthalpie. Das sollte einen schon vorsichtig machen Bestrebungen gegenüber, die Begriffe Energie und Temperatur allzunahe zusammenzurücken. Man liest in Internetforen immer wieder die Behauptung, dass man im Prinzip die Temperatur auch in den Energieeinheiten Joule messen könnte. Dabei ist allen klar, dass man einem System Energie zuführen kann, ohne dass sich dabei die Temperatur erhöht. Die klare Unterscheidung dieser beiden Begriffe ist der Kern dieser Arbeit.

Diese Zustandsgrössen zeichnen sich dadurch aus, dass sie zeitlich konstant sind wenn das Gas sich im thermischen Gleichgewicht befindet. Sie sind wegunabhängig, das heisst, sie lassen keine Rückschlüsse zu, auf welchem Weg im Phasenraum das System ins Gleichgewicht gefunden hat.

Prozessgrössen wie die geleistete Expansionsarbeit oder die aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge sind hingegen stark vom Weg abhängig, den die Zustandsänderung gegangen ist. Unsere Analyse wird ganz nebenbei auch klären, ob und wie sich diese Prozessgrössen transformieren lassen.

Alle diese Kenngrössen sind nicht-vektoriell. Wir verwenden für sie die üblichen Variablen. Ungestrichene Grossbuchstaben bezeichnen dabei Werte, die im Ruhesystem oder im Eigensystem gemessen werden, also von einem Beobachter, der sich nicht bewegt relativ zum Schwerpunkt der Gasmenge. Mit gestrichenen Grossbuchstaben bezeichnen wir die entsprechenden Werte, die ein 'schneller' Beobachter dem Gas zuschreibt.