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Einführendes Lehrbuch in die Thermodynamik für Studenten der Chemie, Biologie, Physik und des Maschinenbaus; mit zahlreichen Übungsaufgaben.„Thermodynamik ist ein komisches Fach. Das erste Mal, wenn man sich damit befasst, versteht man nichts davon…“ Dieses Zitat des berühmten Physikers Arnold Sommerfeld spricht wohl vielen Studierenden der ersten Semester aus dem Herzen. In der Tat wirken die Vielzahl an thermodynamischen Größen wie Innere Energie, Enthalpie, Gibbs'sche Energie gerade für den Anfänger recht verwirrend.Zugegeben – Thermodynamik ist nicht einfach, und deshalb ist ein gutes Lehrkonzept besonders wichtig. Einerseits darf der Studierende nicht mit akademischen Definitionen und mathematischen Ableitungen erschlagen, andererseits aber auch nicht mit „Thermodynamik light“ mit trügerischem Halbwissen abgespeist werden.Das vorliegende Lehrbuch basiert auf jahrzehntelanger Lehrerfahrung der Autoren und folgt dem von Carathéodory aufgezeigten Zugang zur Thermodynamik. Dieses in den traditionellen Lehrbüchern eher seltene Konzept stellt einen mathematischen Zusammenhang zwischen den zahlreichen thermodynamischen Größen her und hat bereits Albert Einstein begeistert./ AUS DEM INHALT: / / / Teil I Klassische Wärmelehre 1 Einführung 3 1.1 Grundlegende Begriffe und Definitionen 4 2 Das ideale Gas 7 2.1 Empirische Ergebnisse 8 2.2 Temperaturskalen 13 2.3 Universelle Gasgleichung 20 3 Das reale Gas 25 3.1 Die van der Waals-Gleichung 28 4 Übungsaufgaben zur klassischen Wärmelehre 41 4.1 Fragen 41 4.2 Lösungen zu den Übungsaufgaben 45 Teil II Die Hauptsätze der klassischen Thermodynamik 5 Einführung 59 5.1 Die vier Hauptsätze der Thermodynamik 59 5.2 Begriffsdefinitionen 59 6 0. Hauptsatz der Thermodynamik 63 7 1. Hauptsatz der Thermodynamik 65 7.1 Formulierung des 1. Hauptsatzes und Zustandsfunktionen 65 7.2 Innere Energie 67 7.3 Vollständiges Differential, Zustandsfunktion und maximale Arbeit 70 7.4 Adiabate Zustandsänderungen, Poisson-Gleichung 73 8 Der Carnot-Prozess und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik ... 77 8.1 Der Carnot-Prozess 77 8.2 2. Hauptsatz der Thermodynamik und thermodynamische Zustandsfunktionen 83 9 Die mathematische Struktur der Thermodynamik 87 9.1 Die Legendre-Transformation 87 9.2 Totales Differential und Wegunabhängigkeit 93 9.3 Integrierender Faktor 101 9.4 Die mathematische Struktur der Thermodynamik im Überblick . . 104 10 Irreversible Prozesse 107 10.1 Der Joule-Thomson-Effekt 107 10.2 Noch einmal das ideale Gas 113 10.3 Die Wärmekapazität: C p und C v 115 10.4 Reversible und irreversible Prozesse 117 10.5 Berechnung der Entropieänderung bei irreversiblen Prozessen . . . 119 11 Spontane Prozesse bei chemischen Reaktionen 129 11.1 Isoliertes System 131 11.2 Isentroper-isochorer Fall 132 11.3 Isentroper-isobarer Fall 132 11.4 Isothermer-isochorer Fall 133 11.5 Isotherm-isobarer Fall 133 11.6 Zusammenfassung 134 12 3. Hauptsatz der Thermodynamik 137 13 Übungsaufgaben zu den Hauptsätzen der klassischen Thermodynamik 143 13.1 Fragen 143 13.2 Lösungen zu den Übungsaufgaben 152 Teil III Anwendungen 14 Chemische Reaktionen 177 14.1 Das Haber-Bosch-Verfahren 192 14.2 Reaktionen in Lösung 196 15 Phasengleichgewichte bei Einkomponentensystemen 199 16 Kolligative Eigenschaften 213 16.1 Die Gibbs'sche Phasenregel 213 16.2 Vollständig in flüssiger Phase mischbare Systeme 214 16.3 Vollständig in flüssiger Phase mischbare Systeme aus zwei flüchtigen Komponenten 217 16.4 Dampfdruckerniedrigung 225 16.5 Gefrierpunkterniedrigung und Siedepunkterhöhung 225 16.6 Osmotischer Druck 227 16.7 Chemisches Potenzial bei idealen Mischungen 233 17 Nicht ideale Lösungen 237 17.1 Azeotrope Gemische 242 17.2 Zusammenstellung der wichtigsten Ergebnisse bei homogenen Mischungen 245 18 Nicht vollständig mischbare Mehrkomponentensysteme und deren Phasendiagramme 247 18.1 Destillation partiell mischbarer Flüssigkeiten 251 18.2 Flüssig-fest-Phasendiagramme 254 18.3 Inkongruentes Schmelzen 258 18.4 Zonenschmelzen 259 18.5 Dreikomponenten-Phasendiagramme 261 19 Übungsaufgaben zu den Anwendungen 267 19.1 Fragen 267 19.2 Lösungen zu den Übungsaufgaben 277 Teil IV Ein wenig Statistik 20 Kinetische Gastheorie 293 20.1 Einführung 293 20.2 Kinetische Theorie des Drucks eines idealen Gases 301 20.3 Temperatur und Energie 303 20.4 Verteilungsfunktionen und Mittelwerte 305 20.5 Die Maxwell'sche Geschwindigkeitsverteilung 307 20.6 Die Energieverteilungsfunktion 314 20.7 Mittlere freie Weglänge und Stoßzahl 315 20.8 Wärmekapazität und ideales Gas 319 21 Übungsaufgaben zur Statistischen Thermodynamik 325 21.1 Fragen 325 21.2 Lösungen zu den Übungsaufgaben 326 22 Statistisches Ensemble und Postulate der statistischen Thermodynamik 331 23 Das kanonische Ensemble 335 24 Kanonisches Ensemble und Thermodynamik 345 25 Das großkanonische Ensemble 353 26 Das mikrokanonische Ensemble 363 26.1 Wie geht es weiter? 365 Literatur 367 Abbildungsnachweis 371 Konstanten und Umrechnungsfaktoren 375 Sachverzeichnis 377