Zustandsgrößen

• homogene Stoffe:
  • nur eine Sorte (im Rahmen der betrachteten Messgrößen)
  • überall gleiche physikalische Bedingungen
  • Änderungen der Zustandsgrößen im Stoff gleichförmig
• Volumen:
  • Raum, den ein Stoff ausfüllt
  • gebräuchliches Formelzeichen: V
  • Einheit: m³
  • auf Masse bezogen (spezifisches Volumen):
    • v = V / m
  • Kehrwert Dichte
    • ρ = m / V
• Druck:
  • senkrecht auf eine Fläche A wirkende Kraft F_n
    • p = F_n / A
  • gebräuchliches Formelzeichen: p
  • sichtbar bei Begrenzungsflächen
  • in der Regel stets wirksam: äußerer Luftdruck
• Druck-Einheiten:
  • abgeleitete SI-Einheit :
    • [p] = N / m² =: Pa (Pascal)
  • weitere gebräuchliche Einheiten:
    • 1 bar = 10⁵ Pa
    • 1 at = 98066.5 Pa
    • 1 Torr = 133.3224 Pa
• Messung des Drucks (Manometer, Barometer):
  • Bourdon-Manometer
    
    Druck streckt eine gebogene Röhre, mit Zeiger umgesetzt
  • U-Rohr-Manometer
    
    Druck wirkt gegen Gewichtskraft einer Flüssigkeits-Säule
• Temperatur:
  • Grundgröße der Thermodynamik
  • Beobachtung (Nullter Hauptsatz): Zwei Stoffe in Berührung tauschen Energie (Wärme) aus, bis ein Gleichgewicht (thermodynamisches Gleichgewicht) erreicht ist. Sie haben dann die gleiche Temperatur.
  • gebräuchliches Formelzeichen: T
• Temperatur-Einheiten:
  • Basis-SI-Einheit : K (Kelvin)
    auf das ideale Gas bezogen: Mit dieser Skala gilt bei konstantem Druck V ∼ T
  • praktische Einheit: °C (Grad Celsius)
    Bezogen auf Wasser bei Normaldruck (1.01325 bar):
    • Schmelzpunkt entspricht 0 °C
    • Siedepunkt entspricht 100 °C
      
  • Temperatur in Celsius oft mit t bezeichnet. Dann gilt:
    • t = T - T₀,  T₀ = 273.15K
  • im angelsächsischen verbreitete Einheit: °F (Fahrenheit)
    Umrechnung Celsius {t_C} in Fahrenheit {t_F}
    • {t_C} = 5/9 * ({t_F} - 32)
• Messung der Temperatur:
  • aus der Ausdehnung von Stoffen mit der Temperatur
    • Festkörper (Bimetall-Thermometer)
    • Flüssigkeiten (Quecksilber-Thermometer)
    • Gasthermometer (gemessen wird der Druck)
  • aus der Widerstandsänderung von Festkörpern
  • mit dem thermoelektrischen Effekt (Thermoelement)
  • aus der abgegebenen Wärme-Strahlung
• Thermische Zustandsgleichung
  • Von den Größen p, v, T nur zwei Größen unabhängig, die dritte ergibt sich als Funktion der anderen. Dieser Zusammenhang heisst thermische Zustandsgleichung.
  • allgemein:
    • f(p, v, T) = 0
  • Funktion f beschreibt das thermische Verhalten eines Stoffes.
  • meistens nach einer Variablen aufgelöst, etwa
    • p = p(v, T)