Ich habe Thermodynamik Studium gelernt. Leider ist Thermodynamik ziemlich kompliziert und man braucht dafür eine Menge Mathematik. 2025 habe ich mir dann Statisk angeschaut und bin relativ schnell zur statistischen Physik und zur Quantenmechanik gekommen. Thermodynamik läßt sich aus der statistischen Physik herleiten und ich hab mir dann bei Wikipedia die physikalischen Konzepte durchgelesen und möchte hier Thermodynamik an einem einfachen Beispiel, dem idealen Gas, veranschaulichen.
Ein ideales Gas ist ein idealisiertes Modell eines realen Gases.
- man macht die Vereinfachung daß die Gasteilchen sich untereinander nicht anziehen oder abstoßen
- man macht die Vereinfachung daß es sich bei den Gasteilchen um Punkte die kein Volumen haben handelt
- man macht die Vereinfachung daß die Gasteilchen nicht vibrieren oder schwingen, daher wird ihre Enegergie nur durch ihre Geschwindigkeit bestimmt
Die Zustandsgleichung eines idealen Gases ist gegeben durch:
$$p \times V = n \times R \times T$$
wobei (p) der Druck ist, (V) das Volumen, (n) die Stoffmenge, (R) die Gaskonstante und (T) die Temperatur.
(R) ist eine Konstante und hat den Wert
$$ R = 8.31446261815324 \frac{J}{mol \times K} $$
Sie läßt sich auch schreiben als
$$ R = N_A \times k_B $$
wobei (N_A) die Avogadro-Konstante ist und (k_B) die Boltzmann-Konstante.
Die Stoffmenge (n) ist proportional zur Anzahl der Teilchen, daher ist sie für ein gegebenes ideales Gas konstant.
Der Druck ist definiert als Kraft pro Fläche. Ist in der Zustandsgleichung für das ideale Gas das Volumen konstant sieht man sofort das gilt:
$$ p \propto T $$
daher wird die Temperatur höher wird der Druck größer und umgekehrt.
Für ein ideales Gas ist die Temperatur proportional zur mittleren kinetischen Energie der Gasteilchen:
$$ \overline{E_{kin}=\frac{3}{2}k_B \times T} $$
Die kinetische Energie kann nicht negativ werden, also muß es einen absoluten Temperaturnullpunkt geben, der ( T=-273,15^{\circ} C ) ist