Thermodynamik Von der Mikrophysik zur Makrophysik
Das Verständnis der Thermodynamik ist Voraussetzung für die moderne Physik, Chemie, Biologie und die heutige Technik sowie für das Energieproblem, dem sich die Menschheit gegenüber sieht. Dieses Buch vermittelt eine Einführung in die Prinzipien, Methoden
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Klaus Stierstadt
Thermodynamik Von der Mikrophysik zur Makrophysik unter Mitwirkung von Günther Fischer
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Prof. Dr. Klaus Stierstadt Universität München Physik-Department Schellingstr. 4 80799 München Deutschland [email protected]
ISSN 0937-7433 ISBN 978-3-642-05097-8 e-ISBN 978-3-642-05098-5 DOI 10.1007/978-3-642-05098-5 Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (www.springer.com)
Vorwort
Thermodynamik ist die Lehre von den Verwandlungen der Energie. Das Leben und die Technik beruhen auf solchen Umwandlungen der Energie von einer ihrer Erscheinungsformen in eine andere. Wenn wir das Leben und die Technik verstehen wollen, müssen wir Thermodynamik können. Sie ist aber sowohl bei Studenten als auch bei manchen Professoren unbeliebt und wird als langweilig und schwierig angesehen. Woher kommt das? Schwierig ist die Thermodynamik aus mehreren Gründen: Zum einen kommen thermodynamische Eigenschaften wie Temperatur, Druck, Wärme, Entropie usw. nur durch das Zusammenwirken sehr vieler Atome oder Moleküle zustande. Die einzelnen dieser Teilchen haben solche Eigenschaften nicht. Man muss sie daher auf die anderen, intrinsischen Eigenschaften der Atome und Moleküle zurückführen. Das geht nicht ohne ein gewisses Maß an Abstraktion und Rechenarbeit. Eine weitere Schwierigkeit bei der Vermittlung der Thermodynamik besteht in der Notwendigkeit, viele Idealisierungen durchzuführen: Ein thermodynamisches Gleichgewicht, ein abgeschlossenes System, quasistatische und reversible Prozesse, stationäre Strömungen, ein thermodynamisch
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