Lichtmenge des Idealen Gases

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Sowohl beim Lichtgas (Hohlraumstrahlung) als auch beim Stoffgas (Ideales Gas) werden Impuls und Entropie als veränderliches Inventar veranschlagt. Während der Impuls beim Lichtgas ruhemasselos auftritt, ist er beim Stoffgas ruhemassebehaftet gegeben. Soweit die herkömmliche Analogie zwischen Licht- und Stoffgas. Universeller wäre jedoch eine Analogie, die den wechselseitigen Ausschluss berücksichtigt: So wie beim Lichtgas keine stofflichen Veränderungen zu berücksichtigen sind, sollten beim Stoffgas keine Veränderungen im Entropie- bzw. Licht-Inventar anfallen.

Diese Analogie scheint dem Idealen Gas eine essentielle Eigenschaft zu rauben, nämlich „Wärme“ bzw. Entropie mit der Umgebung austauschen zu können, welche sich dann auch in einer Änderung im Entropie- bzw. Licht-Inventar niederschlagen müsste. Doch tatsächlich beruht die Temperierung des Idealen Gases auf inelastischen Stößen mit der Innenwand – völlig unabhängig von einem möglichen Entropieaustausch zwischen Umgebung und Außenwand. Zwar spielen Photonen die Schlüsselrolle bei inelastischen Stößen, nur ist ihr energetischer Beitrag gegenüber der kinetischen Energie der Stoffteilchen völlig zu vernachlässigen, insbesondere solange diese nur im thermischen Gleichgewicht mit der Wandung stehen.

Das eigentliche Phänomen bei der Temperierung eines Idealen Gases beruht also nicht auf dem Austausch von „Wärme“, sondern auf dem Austausch von Impuls, was sich gleichwohl in eine Anzeige ummünzen lässt, die nicht nur mit unserem Temperaturempfinden konform geht, sondern auch noch für alle Stoffkomponenten gleich ist.

Im Rahmen der Analogie, die den wechselseitigen Ausschluss berücksichtigt, besteht völlige Konformität mit der kinetischen Gastheorie: Diese kennt weder Licht noch Entropie als energietragendes, veränderliches Inventar eines Idealen Gases. Solange seine Teilchen nicht wechselwirken bzw. durch Ausbildung entsprechender Anregungszustände auch kein verschiebbares chemisches Gleichgewicht im Zusammenhang mit einem Photonenfeld entsteht, lässt sich seine Energie und damit auch deren Differenzen direkt aus Integralen über die spektrale (geschwindigkeitsabhängige) Impulsdichte der Stoffteilchen berechnen.

Die Energie des Idealen Gases wird also nur unter Berücksichtigung der Stoffteilchen und ihrer spektralen Impulsdichte bilanziert. Die Energie von Licht- bzw. Entropieteilchen spielt keine Rolle. Dass trotzdem mit einer fiktiven Entropie gerechnet wird ist dem Umstand geschuldet, dass die Volumenarbeit sich nicht auf die spektrale Impulsdichte der Stoffteilchen, sondern auf den Impuls eines peripheren Körpers bezieht.