Volumenarbeit und mechanisches Pensum

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Die Volumenarbeit scheint mit Druck und Volumen auf einem klassischen Paar intensiver und extensiver Größen zu beruhen: Im Labormaßstab bleibt der Druck eines Systems bewahrt, wenn man seinen Inhalt extendiert, während sich das Volumen selbst streng proportional zur Extension verhält. (Im großen Maßstab ist dies nicht erfüllt, da sich durch die Extension von Masse das Quellgleichgewicht anderer Mengengrößen verschiebt.)

Das negative Vorzeichen, mit dem die Volumenarbeit in die gibbssche Fundamentalform eines Gases eingeht, hat jedoch schon immer signalisiert, dass sich ihr energetischer Beitrag nicht auf das Gas bezieht, sondern auf jenes externe System, das über einen Kolben mit dem Gas mechanisch gekoppelt sein muss. Tatsächlich rechnet man die Arbeit, die sich mit dem Kraftfeld, das dem Gas zugeordnet werden kann, gewinnen lässt, ohne Umwege in die Änderung der Energie eines Transports von Impuls durch den Raum um:

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Somit gründet man die Bilanz für das Gas nicht auf seine Actio, sondern auf die Reactio eines externen Körpers bzw. eines externen Transports von Impuls und Energie. Das spielte keine Rolle, wenn die Actio selbst auch nur mit einem Pensum verbunden wäre und damit die beiden Pensa einander umgekehrt gleich. Tatsächlich kann sich das energetische Äquivalent zur Volumenarbeit aus mehreren Pensa – insbesondere mechanisches, thermisches und chemisches Pensum – zusammensetzen. In diesem Fall handelte es sich bei der Volumenarbeit nicht um das mechanische Pensum des Gases.

Die Wärmelehre spaltet das mechanische Pensum eines Gases stets in externe Volumenarbeit und (inneres) thermisches Pensum auf, wodurch die Entropie des Systems über das universell angesetzte thermische Potential völlig artifiziell festlegt wird. Beim Idealen Gas, dessen veränderliches Inventar nur aus Impuls besteht, ist kein Platz für eine weitere Mengengröße, weshalb die für es berechnete Entropie einem externen Reservoir zuzuordnen ist.

Sowie ein Gas nicht mehr ideal ist, speist sich sein Impuls-Inventar aus zwei Quellen, nämlich aus dem Impuls der Stoffteilchen und dem der Lichtteilchen, die aufgrund der Wechselwirkung der Stoffteilchen entstehen. Statt ein thermisches Pensum unter Vorgabe des thermischen Potentials bloß zurückzurechnen sollte die Potentiale abgeleitet werden, die die veränderlichen und dabei messbaren Licht- und Stoffmengen energetisch korrekt gewichten.