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By Klaus Stierstadt

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 und Ergebnisse der Thermodynamik auf der foundation einer mikroskopischen Begründung: die Größen Temperatur, Wärme und Entropie werden auf die Eigenschaften der Atome und auf ihr Zusammenwirken zurückgeführt. Dabei wird der historische Hintergrund unserer Erkenntnis nicht aus den Augen gelassen.

Von den vielfältigen Anwendungen der Thermodynamik werden die wichtigsten ausführlich besprochen: die thermischen Eigenschaften der Materie, die Energieumwandlung, das Energieproblem und seine Nebenwirkungen, Wärmeisolation, Entropieproduktion, Nanotechnologie usw. Als foundation aller dieser Themen fungieren die vier Hauptsätze der Thermodynamik.

Ein thermodynamisches Energiefunktional dient als Grundlage für die Klassifikation der reaction- und Transportkoeffizienten, deren Vielfalt in einem natürlich geordneten Schema verständlich und überschaubar wird.

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22) V Dabei wird immer mindestens eine der Größen P, V oder T konstant gehalten, und diese konstante Größe steht als unterer Index bei den Buchstabensymbolen und bei den Differenzialquotienten. Der Kehrwert der Kompressibilität heißt auch Kompressionsmodul K = 1/κ. Man bezeichnet die Größen C, α, κ bzw. K und β zusammenfassend als Response–Koeffizienten oder als (verallgemeinerte) Suszeptibilitäten (vom lateinischen suscipere, annehmen, erdulden). Sie geben nämlich die Reaktion bzw. die Antwort (response) des Systems auf eine Änderung der unabhängigen Variablen P und T an (Näheres im Abschn.

Sie sind meistens mit Quecksilber, Pentan oder mit gefärbtem Alkohol gefüllt. Günstig sind auch eine Reihe organischer Flüssigkeiten, wie Aceton oder Diethylether, die einen acht- bis zehnmal größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben als Quecksilber. Das Anwendungsgebiet der Flüssigkeitsthermometer erstreckt sich Abb. 5 Galileis Ausdehnungsthermometer. 2 Messmethoden für Temperatur und Wärmeenergie 13 Abb. 6 Prinzip des Gasthermometers. (a) Gerät für konstantes Volumen (B gasgefülltes Messgefäß, K Kapillare, Sp Spitze als Einstellmarke, Hg Quecksilber-Vorratsgefäß, G Gummischlauch).

Thermometer bestehen im Wesentlichen aus einer Substanz, bei der sich eine bestimmte Eigenschaft in reproduzierbarer Weise möglichst linear mit der Temperatur verändert. Das kann eine Länge sein, ein Volumen, ein Druck, ein elektrischer Widerstand, eine elektrische Spannung, die Farbe, die Magnetisierung, der Dielektrizitätskoeffizient usw. Die Änderung dieser Eigenschaft mit der Temperatur wird an einer Skala abgelesen, die mit Hilfe einer Eichung bei bekannten Temperaturen festgelegt wurde. Die ersten Thermometer sollen von Galileo Galilei (1564–1642) um 1 600 benutzt worden sein.

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