Wärmelehre

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Begriff

Definition und Anmerkungen

Absolute Temperatur

Synonym für die Thermodynamische Temperatur mit dem zusätzlichen sprachlichen Hinweis, dass sie eine Verhältnisskala beinhaltet, deren Nullpunkt im Unterschied zur Celsius-Skala (als Intervallskala) unwillkürlich gegeben ist.

Absoluter Nullpunkt

Der unwillkürlich gegebene Nullpunkt der Skala der Thermodynamischen Temperatur kann nicht unterschritten werden, wenn Entropiefluktuationen im thermischen Gleichgewicht mit Energiefluktuationen verbunden sind, die miteinander stets dasselbe Vorzeichen haben. Er ist unerreichbar, wenn energiefreie Entropiefluktuationen unmöglich sind.

adiabatisch

Bezeichnet einen Vorgang, bei dem das System keine Entropie mit seiner Umgebung austauscht. Ein adiabatisch reversibler Prozess wird als isentrop angesehen.

Teilmenge einer systemischen Zustandsmenge, deren Elemente auseinander hervorgehen, ohne dabei Quanten bzw. Portionen einer bestimmten physikalischen Menge mit der Umgebung auszutauschen. Ist die Mengengröße eine Erhaltungsgröße, dann ist die entsprechende Adiabate auch eine Isoquante.

avogadrosche Konstante

Konstantes Verhältnis aus Zahl der Stoffteilchen in einer Stoffportion und der sie bemessenden Stoffmenge.

Als Kehrwert der Stoffelementarmenge, die sich aus dem Verhältnis zwischen  der (willkürlich festlegbaren) Stoffmengeneinheit und der (experimentell zu bestimmenden) Anzahl der in ihr enthaltenen Stoffteilchen ergibt, repräsentiert sie die Quantennormaldichte des Stoffs, d.h. sie gibt an, wieviele Stoffteilchen sich ein einer Stoffmengeneinheit befinden.

boltzmannsche Konstante

Wird als Produkt aus Universeller Gaskonstante und Stoffelementarmenge eingeführt. Mit der Thermodynamischen Temperatur gewichtet repräsentiert sie ein Energieäquivalent zur mittleren Energie sowohl von Stoffteilchen (5.51) als auch von Lichtteilchen (5.29).

carnotscher Kreisprozess

Folge von Zuständen, die abwechselnd entropie-adiabat und isothermauseinander hervorgehen und nach dem dritten Wechsel den Ausgangszustand erreicht.

carnotsches Thermometer

Kombination aus einer carnotschen Wärmekraftmaschine und zwei isothermen Wärme-Reservoiren, deren thermische Pensa, die sich aus einem Zyklus der Maschine ergeben, in einer universellen Relation zu ihren thermischen Potentialen stehen sollen.

Die Relation zwischen thermischen Pensa und thermischen Potentialen leitet sich aus unnötigen (Entropie ist Erhaltungsgröße), unsicheren (es existieren reine Entropie-Reservoire) und in sich widersprüchlichen Annahmen (Messung einer Größe mit Hilfe einer Größe, die sich erst aus der gemessenen Größe ergeben kann) ab, weswegen für die vom carnotschen Thermometer ausgewiesenen Werte kein universeller Charakter als thermisches Potential beansprucht werden kann.

carnotsche Wärmekraftmaschine

System, das einen carnotschen Kreisprozess repräsentiert.

Celsius-Skala

Durch zwei Fixpunkte (schmelzendes und siedendes Wasser) ausgezeichnete Temperatur-Skala, die von geeigneten Systemen durch einem linear-inhomogenen Ansatz für eine ihrer Größen dargestellt wird.

chemisches Element

Stoffquant mit einem einzigen Kern; wird im Rahmen eines periodischen Systems nach der Zahl enthaltener Protonen in 80 stabile und z.Z. 38 instabile chemische Elemente unterschieden.

chemisches Gleichgewicht

Zustand, bei dem die beiden möglichen Richtungen einer chemischen Umwandlung in gleichem Ausmaß ablaufen.

chemisches Potential

Sein Vergleich ermöglicht Aussagen über die Richtung chemischer Reaktionen, von Phasenübergängen und von räumlichen Umverteilungen.

Bewertet im Verein mit dem thermischen Potential, das auf die veränderliche Entropiemenge bezogen wird, die Änderung der Stoffmenge eines Systems, damit sich seine Energie im Rahmen der gibbsschen Fundamentalform korrekt auf die Energie eines externen angekoppelten Impuls-Reservoirs bezieht.

clausiussche Ungleichung

Beziehung zwischen der Entropiedifferenz zweier Gleichgewichtszustände und dem geschlossenen (Kreisintegral) oder offenen Wegintegral über die Entropie zwischen ihnen.

Die Standard-Interpretation der clausiusschen Ungleichung sieht darüber hinweg, dass im Rahmen der Wärmelehre jedes Wegintegral über die Entropie mit der Differenz der Entropie am Weganfang und am Wegende identisch sein muss. Die clausiussche Ungleichung beruht jedoch auf der Gewichtung des „Wärmedifferentials“ mit dem Kehrwert der Thermodynamischen Temperatur, deren universelle Identität mit dem thermischen Potential nur unter Zuhilfenahme unnötiger, widersinniger und unlogischer Annahmen über die Natur der Entropie bewiesen werden kann. Das es sich beim Wärmedifferential um das Produkt aus thermischem Potential und Entropiedifferential handelt, ist insbesondere das Kreisintegral der Entropie über das Verhältnis aus spezifischem thermischem Potential und nicht-universeller Thermodynamischer Temperatur nur dann Null, wenn letztere miteinander identisch sind. Deshalb handelt es sich bei der clausiusschen Ungleichung auch lediglich um eine Zwangsbedingung an das thermische Potential des Systems, welche insbesondere für eine entropie-adiabate Zustandsfolge zum Tragen kommt, die mit einer Produktion von Entropie verbunden ist. Obwohl sich diese Zustandsfolge nicht kompensationsfrei umkehren lässt, müssen die zu ihr gehörigen Zustände lückenlos aus den Zustandsfunktionen des Systems hervorgehen.

diathermisch

(auch diatherman) wärmedurchlässig bzw. für Wärmestrahlung durchlässig; vgl. adiabatisch

Dispersionsrelation

Beschreibt den Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge eines Energietransportes, der im einfachsten Fall räumlich mit sich identisch bleibt, im allgemeinen Fall jedoch auseinanderfällt (dispergiert). Dabei wird die Energie-Impuls-Beziehung von Teilchen ebenfalls als Dispersionsrelation bezeichnet.

Die Dispersionsrelation eines Körpers (Transportgeschwindigkeit als partielle Ableitung seiner Energie nach seinem Impuls) fließt über die Volumenarbeit in die Fundamentalform eines Systems ein, das mit diesem Körper mechanisch gekoppelt ist. Daran anlehnend werden alle partiellen Ableitungen der Energie, die die gibbssche Fundamentalform konstituieren, als Dispersionsrelation bezeichnet.

Drehimpuls

Der Drehimpuls hat die Dimension einer Wirkung („Joule · Sekunde“). Er ist eine physikalische Erhaltungsgröße und quantisiert, denn sein Betrag kann nur ganz- oder halbzahlige Vielfache des Planckschen Wirkungsquantums annehmen.

Dritter Hauptsatz

Der „Dritte Hauptsatz“ besagt, dass es nicht möglich ist, ein System bis zum absoluten Nullpunkt abzukühlen.

Am absoluten Nullpunkt müssen Entropiefluktuationen zwischen Systemen im thermischen Gleichgewicht ohne Energiefluktuationen auftreten. Nur dann ist das thermische Potential (partielle Ableitung der Energie nach der Entropie) identisch Null. Beruht das thermische Gleichgewicht auf einem Fließgleichgewicht von Photonen, so müssen diese folglich unendlich lange Wellenlängen haben.

Elementar-

annahme

Damit wird die Annahme umschrieben, dass der thermische Wirkungsgrad eines carnotschen Kreisprozesses nur von den Temperaturen der dabei eingesetzten Wärme-Reservoire abhängt. Diese Annahme ist mit Hilfe des „Zweiten Hauptsatzes“ zu beweisen und dient zur Ableitung der Thermodynamischen Temperatur und nachgeschaltet zur Definition der Entropie (Elementarschluss).

Da sich die Wahrheit des „Zweiten Hauptsatzes“ aufgrund seines Bezuges auf reversible Prozesse nicht erhärten lässt, bleibt auch die Wahrheit der Elementarannahme ungewiss, weswegen weder für die Definition der Thermodynamischen Temperatur noch für die Definition der Entropie universelle Gültigkeit beansprucht werden kann.

Elementar-

forderung der Thermometrie

Unter Verzicht auf den Nullten Hauptsatz muss die Thermometrie verlangen, dass die Größenwerte der Temperaturfunktionen zweier Systeme A und C, die mit einem dritten System B im thermischen Gleichgewicht stehen, sich nicht ändern, wenn die beiden Systeme in direkten thermischen Kontakt miteinander treten.

Elementar-

gewissheit

Besteht in der evidenten Aussage, dass Wärme so strömt, dass ein Temperaturunterschied ausgeglichen wird („Wärme fließt stets von warm nach kalt“). Wird zur Verifizierung des „Zweiten Hauptsatzes“ herangezogen, obwohl sich die von ihm charakterisierten prozessualen Zustandsmengen mit natürlichen Vorgängen nicht vergleichen lassen. Konfrontiert man den „Zweiten Hauptsatzes“ dennoch mit der Elementargewissheit, so entsteht eine antagonistische Situation, weil dieser sich dann sowohl beweisen als auch widerlegen lässt. Der Teil des „Beweises“, der zur Widerlegung führt, wurde nicht wahrgenommen.

Elementarmenge

Von einem Quant repräsentierte Menge; ihr Kehrwert entspricht der Quantennormaldichte.

Elementarschluss

Soll direkt aus der Elementarannahme abgeleitet werden und beinhaltet die Definition sowohl der Thermodynamischen Temperatur als auch der Entropie. Unabhängig von der Frage, ob die Elementarannahme wahr ist, gehen in die Beweisführung unnötige (Entropie ist Erhaltungsgröße), unsichere (es existieren reine Entropie-Reservoire) und in sich widersprüchliche Annahmen (Messung einer Größe mit Hilfe einer Größe, die sich erst aus der gemessenen Größe ergeben kann) ein, weswegen die angestrebten Definitionen keinen universellen Charakter haben können.

Elementarteilchen

Komponentenfreie, d.h. umwandlungsunfähige Teilchen, die deshalb nur produziert oder vernichtet werden können.

empirische Temperatur

Die Wärmezustände eines Systems lassen sich auf eine Menge reeller Zahlen abbilden, die von der empirischen Temperatur repräsentiert werden. Systeme, welche über diathermane Wände kontaktiert sind und miteinander im thermischen Gleichgewicht stehen, haben dieselbe empirische Temperatur.

Die empirische Temperatur geht aus einer systemspezifischen Zustandsfunktion hervor und bildet gegebenenfalls mit anderen systemspezifischen Zustandsfunktionen eine Klasse von Thermometern.

Energie

Zustandsfunktion aller Mengen, die bei der Wechselwirkung von Teilen bzw. Subsystemen eines abgeschlossenen Systems eine Erhaltungsgröße ist.

energiekonjugiert

Die zu einer extensiven Größe energiekonjugierte intensive Größe ergibt sich als partielle Ableitung der Energie nach dieser extensiven Größe.

Enthemmung

Kompensationsfreie Überführung eines Gemischs chemisch inerter in ein Gemisch chemisch reaktionsfähiger bzw. reaktionsbereiter Stoffkomponenten.

Entropie

Nicht-kanonische Mengengröße, für die weder Verfahren zum direkten Vergleich zweier Systeme noch Methoden zur Bestimmung an einem System entwickelt wurden. Stattdessen wird der Unterschied im Entropie-Inventar eines Systems auf entsprechende Pensa kanonischer Mengengrößen sowie auf einen Energieunterschied zurückgeführt. Da in diese Berechnung auch die zur Entropie energiekonjugierte intensive Größe eingeht, muss dieses „thermische Potential“ als Zustandsgröße bekannt sein. Die Existenz eines universellen thermischen Potentials gilt als gesichert, obwohl es kein Gerät gibt, das es darstellen könnte und obwohl der Existenzbeweis auf Annahmen angewiesen ist, die mit einem universellen Charakter seiner Schlussfolgerungen unvereinbar sind.

Die Entropiemenge eines reinen Lichtgases (Hohlraumstrahlung) leitet sich unmittelbar aus der Anzahl der Photonen ab, die das Lichtgas konstituieren und damit als Entropiequanten auftreten. Die Entropiemenge eines reinen Stoffgases (Ideales Gas) wird dagegen auf eine Anzahl fiktiver und damit unmessbarer Stoffteilchen eines peripheren Systems zurückgeführt. Im Falle eines Gemischs aus Licht und Stoff (Generelles Gas) lässt sich seine Energie nach diesen beiden Größen statt nach der fiktiven Stoffmenge „Entropie“ eines peripheren Reservoirs entwickeln. Wird – vom Grenzfall „Ideales Gas“ abgesehen – konsequent das chemische Pensum eines Gases berücksichtigt, so fallen Entropie- und Lichtmenge zusammen.

Entropiedefinition

Wird durch Approximation eines beliebigen Kreisprozesses durch carnotsche Kreisprozesse abgeleitet, für die sich ein Kreisintegral mit dem Wert Null ergibt, wenn man die Definition der Thermodynamischen Temperatur heranzieht. Der Integrand dieses Kreisintegrals ist dann die Entropie. Ihre Dimension beträgt „Joule/Kelvin“. Ein Referenz-System mit dem Entropieinventar dieser Einheit ist nicht beschrieben.

Als quantisierte Mengengröße ist die Entropie entweder durch eine Vergleichsvorschrift für die Entropie unterschiedlicher Systeme oder durch eine Zählvorschrift für die Anzahl an Entropiequanten eines Systems zu definieren.

Entropieteilchen

Sollte es sich bei Entropie um eine kanonische, also direkt vergleichbare Menge handeln, liegt die Vermutung nahe, dass Entropie als Ansammlung von Entropiequanten vorliegt, die die kleinste vergleichbare Entropiemenge darstellen.

Entropieprinzip

Verallgemeinerung der clausiusschen Ungleichung, die die Abnahme der Entropie bei entropieadiabaten Zustandsunterschieden ausschließt, im Rahmen einer Entropiebilanz, aus der sich dann Einschränkungen für die volumenspezifischen Größen ableiten lassen.

Entropieproduktion

Die Thermodynamik leitet aus der Energiebilanz eine Entropiebilanz ab. Die dabei enthaltenen volumenspezifischen Terme können grundsätzlich sowohl positiv (Quelle) als auch negativ (Senke) sein. In Anlehnung an eine weitergehende Folgerung aus der Elementarannahme wird angenommen, dass es keine Senken für Entropie gibt (Entropieprinzip), womit Einschränkungen für spezifische Systemeigenschaften verbunden sind.

Erhaltungsgröße

Funktion physikalischer Größen, deren Wert unter bestimmten (u.U. sehr allgemeinen bis hin zu universell gültigen) Randbedingungen invariant ist.

Erster Hauptsatz

Besagt, dass eine Maschine, die pro Zyklus nur mechanische Arbeit an ihrer Peripherie leistet (= Perpetuum mobile 1. Art), nicht konstruiert werden kann. Ist eine andere Form des Impulserhaltungssatzes.

Extension

Verhältnis zwischen der Größe eines Objektes und des Referenzobjektes. Handelt es sich beim Referenzobjekt um das Quant der Größe, dann gibt die Extension die Zahl der im Objekt enthaltenen Quanten an.

extensive Größe

Zustandsgröße, deren Maßzahl mit denen aller anderen extensiven Größen des Zustands für alle Elemente einer Isorationalen in einem konstanten Verhältnis stehen.

extensive Zustandsmenge

Menge aller Zustände eines Systems, die denselben Größenwert einer extensiven Größe aufweisen.

Fließgleichgewicht

Stationärer Zustand eines Systems, der durch einander kompensierende Transportvorgänge über seine Begrenzungen aufrechterhalten wird. Im allgemeinen wird darunter verstanden, dass fortgesetzt Edukte in ein System hinein und Produkte aus ihm heraus strömen. Auch ein thermisches Gleichgewicht kann als ein Fließgleichgewicht verstanden werden, wenn es als dynamisches Gleichgewicht zwischen Entropiefluktuationen z.B. an der entropiedurchlässigen Grenzfläche zwischen zwei Systemen verstanden wird.

Gastemperatur

Wert der durch die Universelle Gaskonstante skalierten Temperaturfunktion des Idealen Gases; evtl. einschließlich gewisser Randbedingungen, damit sich ihre Größenwerte direkt aus einer der beiden veränderlichen Variablen (Druck, Volumen) ergeben.

Gasthermometer

Technische Ausführungen zur Darstellung der Gastemperatur sorgen entweder für konstantes Volumen, wobei dann der Druck („Flüssigkeitssäule“) als Temperatur angezeigt wird (jollysches Gasthermometer), oder für konstanten Druck, wobei das sichtbare Volumen dann direkt die Temperatur anzeigt (Ausdehnungsthermometer). Die Stoffmenge wird dabei generell als unveränderlich angesetzt.

Generelles Gas

Bezeichnung für ein Gemisch aus Licht und Stoff, das miteinander im Gleichgewicht steht und für das sowohl ein thermisches als auch ein chemisches Pensum berücksichtigt werden muss.

gibbssche Fundamentalform

Entwicklung der Energie eines Systems nach seinen extensiven Größen.

Differentielle Bilanz der Energie eines Systems unter Berücksichtigung gewisser peripherer Reservoire, deren Energie sich im Gegensatz zum System selbst aus den kompensatorischen Inventaränderungen in einer einzigen Mengensorte ableiten lässt.

Größe

Es sind mechanische, extensive und intensive Basisgrößen zu unterscheiden. Mechanische Größen sind mit Transportvorgängen verbunden. Extensive Größen gehen aus Vorschriften hervor, wie stationäre Systeme miteinander zu vergleichen sind. Intensive Größen wurzeln in der Energie eines Systems und können aus Temperierfunktionen konstruiert werden, wenn die Energie unbekannt ist.

Hemmung

Kompensationsfreie Überführung eines Gemischs chemisch reaktionsfähiger bzw. reaktionsbereiter Stoffkomponenten in ein Gemisch chemisch inerter Stoffkomponenten.

Hohlraumstrahlung

Licht, das mit den geschwärzten und aufgerauhten Wänden eines Hohlraums im thermischen Gleichgewicht steht und dessen spektrale Energiedichte nur von der Temperatur abhängig ist.

Die Ableitung des stefan-boltzmannschen Gesetzes aus der gibbsschen Fundamentalform von Licht beruht auf der Annahme, dass die Entropiemenge der Hohlraumstrahlung veränderlich ist, nicht jedoch die Stoffmenge der Hohlraumwandung (die sich deshalb im festen Aggregatszustand befinden muss). Insbesondere die einstein-bosesche Ableitung der spektralen Energiedichte von Hohlraumstrahlung ist auf Annahmen, wie die Teilchen, aus denen die Hohlraumwandung besteht, beschaffen sind nicht angewiesen, weswegen das Licht auch mit einem Stoffgas im thermischen Gleichgewicht stehen kann. In diesem Fall stünden die Teilchen in einem chemischen Gleichgewicht, dessen Verschiebung mit einer Veränderung der Stoffmenge einherginge, die sich in der gibbsschen Fudamentalform als chemisches Pensum abbilden müsste und die adäquate Beschreibung eines Gases unter Verzicht auf die Einbeziehung einer fiktiven Entropie ermöglichte.

Ideales Gas

Modell eines räumlich begrenzten Gemischs beliebiger stofflicher Zusammensetzung im gasförmigen Zustand, das infolge inelastischer Stöße mit der räumlichen Begrenzung in einem mechanischen Gleichgewicht steht.

Impuls

Portionierbare Menge, deren drei Komponenten jeweils einem eigenen Erhaltungssatz unterliegen und sich dabei über Stöße zwischen Impulsträgern synchron umverteilen. Tritt immer dann auf, wenn Energie durch den Raum transportiert wird, beispielsweise die Energie eines (ruhemassebehafteten) Körpers.

Impuls-

Reservoir

Transportabler Körper.

intensive Größe

Systemspezifische Zustandsfunktion, deren Maßzahl dann mit der Maßzahl der entsprechenden intensiven Größe eines Systems, das Element einer anderen Isorationalen ist, in einem konstanten Verhältnis steht, wenn beide in einem Fließgleichgewicht bezüglich der energiekonjugierten extensiven Größe stehen.

intensive Zustandsmenge

Menge aller Zustände eines Systems, die denselben Größenwert einer intensiven Größe aufweisen.

Inventar

Gehalt eines Systems an Quanten bzw. Portionen einer Menge.

Irreversibler Prozess

Zustandsänderung eines Systems, die sich nicht rückgängig machen lässt, ohne Zustandsänderungen peripherer Systeme zu hinterlassen.

Abbildung natürlicher Vorgänge durch Transportgleichungen, deren Lösungen zu Elementen einer systemischen Zustandsmenge werden, wenn diese unter entsprechenden Randbedingungen zeitlich in stationäre homogene Zustände münden.

Isarithme

Siehe intensive Zustandsmenge. Beispiele sind Isotherme, Isobare.

Isoquante

Siehe extensive Zustandsmenge. Beispiele sind Isoenergete, Isochore, Isentrope, Isochyme.

Isorationale

Menge an Zuständen eines homogenen Systems, die quellfrei auseinander hervorgehen, in dem sie mit Bruchteilen ihrer selbst bestromt werden.

ITS-90

Die Internationale Temperaturskala von 1990 („International Temperature Scale of 1990“, abgek. ITS-90) dient der Vergleichbarkeit von Temperaturmessungen. Es werden Fixpunkte (Temperaturen bestimmter Phasenübergänge bzw. Tripelpunkte) sowie ganze Zustandsbereiche (Temperaturfunktion des Phasengleichgewichts zwischen 3He-Gas und -flüssigkeit) definiert, zwischen denen mittels definierter Thermometer interpoliert werden soll. Die Vereinbarung ist flexibel und soll nach und nach zu tieferen wie höheren Temperaturen weiter ausgebaut werden.

kanonische Mengengröße

Können Systeme hinsichtlich einer bestimmten Menge (in reiner Form oder im Gemisch mit anderen Mengen vorliegend) direkt miteinander verglichen werden, so handelt es sich um eine kanonische Menge [kanón (gr. κανών) bedeutet u.a. „Maßstab“]. Eine quantisierte Menge ist insbesondere dann kanonisch, wenn ihre Quanten auszählbar sind bzw. die Quantendichte bestimmbar ist.

Kinetische Energie

Die mit dem Impuls eines Körpers verbundene Energie.

Körper

System, dessen Stoff im festen Aggregatszustand vorliegt und dessen Entropie weder ausreicht, ein Phasengleichgewicht herzustellen, noch einseitig gerichtet (und dadurch Rückstoß bewirkend) das System verlassen kann.

Koordinierte Temperatur

Gemäß ITS-90 etc. vereinbarte Temperatur, die die Thermodynamische Temperatur als Basis-Größe ablösen kann, wenn die Entropie als Basis-Größe eingeführt wird und das thermische Potential damit als abgeleitete Größe auftreten muss.

Licht

Quantisierte komponentenfreie Menge aus ineinander umwandlungsunfähigen Quanten von einheitlicher Transportgeschwindigkeit, die insbesondere durch Zustandsänderungen von Stoffquanten erzeugt oder vernichtet bzw. gestreut werden.

Lichtelementar-

menge

Willkürlich wählbare Lichtmenge eines Lichtquants. Wird dagegen die Lichtmenge eines Referenzsystem als ihre Einheit gewählt, ergibt sich die Lichtelementarmenge als Kehrwert der experimentell zu bestimmenden Quantennormaldichte.

Lichtgas

Ensemble aus individuell transportfähigen, untereinander umwandlungsunfähigen Lichtquanten bzw. Photonen, das sich dauerhaft mit Gesamtimpuls Null beobachten lässt, indem seine Quanten in stationärer Anzahl aus Absorption und Emission durch eine sie begrenzende Wandung hervorgehen, deren stoffliches Inventar unveränderlich bleibt und somit nicht in die gibbssche Fundamentalform eingeht. Siehe auch: Hohlraumstrahlung.

Lichtgaskonstante

Divisor für die Temperaturfunktion des Lichtgases, durch den ihre Skala und die Lichtelementarmenge bzw. die Einheit des Lichts entkoppelt werden.

Lichtmenge

Siehe: Licht

Lichtgastemperatur

Wert der durch eine Lichtgaskonstante skalierten Temperaturfunktion der Hohlraumstrahlung.

maxwellsche Relationen

Lassen sich mit Hilfe des schwarzschen Satzes (Gleichheit der gemischten zweiten partiellen Differentialquotienten einer Funktion mehrerer Veränderlicher) aus der gibbsschen Fundamentalform ableiten, wodurch sich systemspezifische Abhängigkeiten zwischen den intensiven (bzw. den extensiven) Größen ergeben.

mechanische Größen

Die zur Beschreibung des Bewegungszustandes eines Körpers und seiner zeitlichen Änderung benötigten Größen.

Mengengröße

Eine extensive Größe ist mengenartig, wenn ihre Quanten im Raum verteilt und transportfähig sind, was letztlich auf die Existenz einer Transportgleichung abhebt. In diesem Sinne lässt sich der extensive Impuls selbst nicht als mengenartige Größe bezeichnen.

Nullter Hauptsatz

Erlaubt die Festellung eines thermischen Gleichgewichtes aus Temperaturmessungen, weil angenommen wird, dass sich zwei Systeme, die unabhängig voneinander mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht befinden, keine Zustandsänderungen erfahren, wenn sie anschließend direkt miteinander thermisch kontaktiert werden.

Anstatt thermisches Gleichgewicht aus einem Fließgleichgewicht von Entropieteilchen abzuleiten, fordert der Nullte Hauptsatz ohne physikalische Begründung die Transitivität des thermischen Gleichgewichtes. Notwendig ist nur die „Elementarforderung der Thermometrie“, wonach die Temperaturfunktionen der fraglichen beiden Systeme für beide Kontakte – untereinander sowie mit einem dritten System – jeweils denselben Wert liefern, die Zustände der Systeme sich mithin auf Isothermen befinden müssen. Diese Temperaturfunktionen ließen sich aus den jeweiligen Energiefunktionen direkt ableiten.

Pensum

Durch das energiekonjugierte Potential gewichtete Änderung einer extensiven Größe.

Periodisches System der Elemente (PSE)

Stellt die chemischen Elemente mit steigender Kernladung (Ordnungszahl) in Perioden (Zeilen) sowie Haupt- und Nebengruppen (Spalten) dar. Dabei entspricht eine Zeile des PSE einer Periode. Während die erste Periode zwei Elemente aufführt, umfasst jede weitere Gruppe acht Elemente der sog. Hauptgruppe. Ab der vierten Periode rückt eine Nebengruppe mit jeweils zehn Elementen ein. Die sechste Periode enthält zusätzlich 14 Lanthanoide und die siebte Periode 14 Actinoide.

Peripherie

Systeme, deren Energie mit der Energie des zentralen Systems eine Erhaltungsgrößebildet.

Perpetuum mobile erster Art

Zyklisch laufende Maschine, die nicht weiter bewirkt, als Arbeit an seiner Peripherie zu verrichten.

Perpetuum mobile zweiter Art

Zyklisch laufende Maschine, die nicht weiter bewirkt, 1) als Arbeit an seiner Peripherie zu verrichten und dabei ein Reservoir abzukühlen, oder 2) ein Reservoir abzukühlen und anderes. im Vergleich zu diesem wärmeres Reservoir zu erwärmen.

Die mit diesem Handbuch verbundene Kritik der Verifizierung des „Zweiten Hauptsatzes“ bezieht sich auf die zweite Variante

Phlogistontheorie

Phlogiston oder Caloricum galt im 17. und 18. Jahrhundert als Substanz, die in einen Körper bei dessen Erwämung eindringt, ihn gegebenenfalls verbrennbar macht und bei der Verbrennung entweicht. Die Phlogistontheorie wurde im 18. Jahrhundert zugunsten der Oxidationstheorie Lavoisiers aufgegeben.

Photon

Elementare Anregung des elektromagnetischen Feldes, die sich als ruhemasseloses, Energie transportierendes Teilchen nachweisen lässt. Seine Existenz wurde erstmals 1900 von Max Planck angenommen und ermöglichte den Durchbruch bei der Prognose der spektralen Energiedichte von Hohlraumstrahlung. Das damit verbundene Teilchenbild des Lichts konnten weder Albert Einstein (Photoeffekt 1905) noch Nils Bohr (Atommodell 1913) über das Niveau einer an sich zweifelhaften Hilfsannahme anheben, obwohl ihre Theorien auf seiner Grundlage fundamentale Erscheinungen zu erklären vermochten. Als sich das Teilchenbild des Lichts im Zuge der Versuche von Arthur Compton zur Streuung von Röntgenstrahlen an Kristallen dann 1922 doch etablierte, fehlte umgekehrt der Blick fürs große Ganze, um nunmehr den Zusammenhang zwischen Licht- und Entropiemenge wahrzunehmen.

Physikalische Größe

siehe: Größe

Potential

siehe: intensive Größe

Potentielle Energie

Aus geometrischen statt aus extensiven Größen abgeleitete Energie.

prozessuale Zustandsmenge

Zusammenhängende Folge von Zuständen, die sich mittels einer geeigneten Anzahl von Randbedingungen aus der systemischen Zustandsmenge filtern lässt.

Quant

Objekt, das vernichtet oder produziert werden kann. Für die extensiven Größen der Wärmelehre ist wesentlich, dass sich ihre Quanten unabhängig davon sowohl anhäufen als auch transportieren lassen.

Quantisierungs-

bedingung

Rückführung einer extensiven Größe auf das Vielfache ihrer Elementargröße (Elementarmenge).

Quantennormal-

dichte

Gibt die Anzahl der Quanten im Referenzobjekt im Verhältnis zu dessen Größe („Einheit“) an; ein Beispiel ist die avogadrosche Konstante, die die Anzahl der Stoffteilchen angibt, die in einem Objekt mit einem Mol Stoff enthalten sind.

Quelle

Ausgangspunkt für die Entstehung von Quanten bzw. Portionen einer bestimmten Sorte. Ein System ohne Ausgangspunkte ist quellfrei. Siehe auch: Senke.

Reales Gas

Modell eines räumlich begrenzten Reinstoffs im gasförmigen Zustand, das infolge inelastischer Stöße der enthaltenen Stoffquanten untereinander sowie mit der räumlichen Begrenzung in einem mechanischen Gleichgewicht steht.

Reservoir

System, dessen Zustand von einer bestimmten extensiven Größe abhängt.

reversibler Prozess

Zustandsänderung eines Systems, die sich ohne Zustandsänderungen peripherer Systeme zu hinterlassen rückgängig machen lässt.

Zusammenhängende Folge von Zuständen, die sich mittels einer geeigneten Anzahl von Randbedingungen aus der systemischen Zustandsmenge filtern lässt. Wie und mit welchen Konsequenzen die Zustände einer prozessualen Zustandsmenge ineinander überführt werden können, wird von der Wärmelehre nicht behandelt.

Senke

Eingangspunkt für die Vernichtung von Quanten bzw. Portionen einer bestimmten Sorte. Sieh auch: Quelle.

Stoff

Quantisierte Menge, deren Komponenten sich sowohl komponentenspezifisch als auch zustandsabhängig miteinander umwandeln. Stoffkomponentenmengen beliebiger Extension lassen sich nicht nur durch ihr Umwandlungsverhalten unterscheiden. Auch ihre Masse ist stoffkomponentenspezifisch, da sich die zustandsabhängigen Anregungszustände ihrer Quanten nur marginal auf deren Masse auswirken. Stoff ist keine Erhaltungsgröße, da sich ein Ensemble aus Stoffquanten grundsätzlich in einem Umwandlungsgleichgewicht befindet, dessen Verschiebung auch stoff-adiabat mit einer Veränderung der Stoffmenge einhergeht. Dies liegt im Mechanismus der Umwandlung begründet, welche auf Assoziation und Dissoziation beruht.

Stoffelementar-

menge

Ergibt sich als Kehrwert der experimentell zu bestimmenden Quantennormaldichte des Referenzsystems (0,012 Kilogramm 12C-Kohlenstoff) für die Einheit der Stoffmenge.

Stoffgas

Ensemble aus individuell transportfähigen, komponentenspezifischen Stoffquanten, das sich dauerhaft mit Gesamtimpuls Null beobachten lässt, indem seine Quanten von Wandungen eingeschlossen werden, mit denen diese inelastisch wechselwirken.

Strom

Ensemble von Quanten mit lokal einheitlicher Transportgeschwindigkeit.

System

Systemische Zustandsmenge mit eingeschränkter Mannigfaltigkeit, d.h. mit einem Inventar von begrenzter Sortenvielfalt und deshalb auch von begrenzter Extension für die vorkommenden Größen.

Systemische Zustandsmenge

Menge aller Zustände, die ein System einnehmen kann. Ergibt sich der Zustand eines Systems aus seinem Inventar und besteht dieses aus Quanten, so handelt es sich um eine abzählbar unendliche Menge an diskreten Zuständen.

Temperatur

Größenwert einer Temperaturfunktion.

Temperatur-

funktion

Unskalierte Zustandsfunktion eines Systems, die mit Temperaturfunktionen anderer Systeme in allen zwischen den Systemen herstellbaren thermischen Gleichgewichten ein konstantes Verhältnis bildet. Die Temperaturfunktion des Idealen Gas bezieht das Produkt aus Druck und Volumen auf die Stoffmenge und hat damit die Dimension eines chemischen Potentials („Joule/Mol“).

Temperier-

funktion

Verallgemeinerung der Temperaturfunktion auf andere austauschbare Mengen.

Temperometer

Gerät zur Darstellung der intensiven Größe eines Systems, das zu ihm mit der energiekonjugierten extensiven Größe im Fließgleichgewicht steht. Dabei muss das Temperometer für beliebige Elemente der entsprechenden intensiven Zustandsmenge denselben Wert anzeigen. Ein Beispiel ist das carnotsche Thermometer, welches das thermische Potential eines angekoppelten Systems unabhängig von der enthaltenen Substanz anzeigen soll.

Theory of Everything

Mit „Theorie von Allem“ (TOE, Theory Of Everything) wird eine physikalische Theorie bezeichnet, die alle Phänomene vorhersagen kann. Die Wärmelehre wähnt sich in Kenntnis des Universellen Thermischen Potentials, das als Ableitung einer Universellen Energiefunktion nach der Entropie entsteht, die es erlaubte, alle Zustände der Welt zu beschreiben.

thermisches Gleichgewicht

Der „Nullte Hauptsatz“ erlaubt folgende Aussage: Zwei Systeme im thermischen Kontakt befinden sich genau dann im thermischen Gleichgewicht miteinander, wenn sie die gleichen Temperaturen besitzen.

Bei der Aussage, dass zwei Systeme dieselbe Temperatur haben, wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden, handelt es sich grundsätzlich um die Definition von Temperatur, weshalb thermisches Gleichgewicht bereits definiert sein muss. Dies ist – analog zum chemischen Gleichgewicht – möglich, wenn die Substanz von Entropie bekannt ist und damit auch ihr lokales Fließgleichgewicht festgestellt werden kann. Der thermische Kontakt zweier Systeme mit derselben Temperatur kann grundsätzlich Zustandsänderungen nach sich ziehen, wenn systemspezifische spektrale Impulsdichten für die Entropieteilchen vorliegen.

thermisches Pensum

Produkt aus thermischem Potential und Differential der Entropie (bzw. dessen Integral); wird auch als Wärmedifferential (bzw. Wärme) bezeichnet. Nur wenn die Änderung des Entropieinventars eines Systems in derselben Höhe in seiner Peripherie erscheint (Entropiestrom) und diese Entropiemenge das entsprechende thermische Potential aufweist, kann das thermische Pensum über die Peripherie („Wärmestrom“) abgerechnet werden.

thermisches Potential

Partielle Ableitung der Energie nach der Entropie. Seine physikalische Bedeutung erschließt sich aus einem Fließgleichgewicht der Entropie, das zwischen zwei Systemen herrscht. In diesem Falle wird insbesondere der Randbedingung für eine partielle Ableitung entsprochen, wonach alle anderen extensiven Größen konstant sein müssen. Da im Fließgleichgewicht jede Entropiefluktuation des eines Systems von der des anderen kompensiert wird, müssen die dabei gegenläufig transportierten Energiemengen einander ebenfalls entsprechen. Anderenfalls verarmte ein System an Energie, während das andere Energie anreicherte. Aus diesem Grund ist das Verhältnis von Energie- und Entropiefluktuationen bei beiden Systemen gleich. Interpretiert man dieses Verhältnis als das jeweilige thermische Potential, dann haben die thermischen Potentiale zweier Systeme im thermischen Gleichgewicht identische Werte, weswegen diese automatisch auch als Temperaturfunktionen auftreten.

Thermodynamische Temperatur

Anzeigewert des carnotschen Thermometers.

Das carnotsche Thermometer leitet das Verhältnis der Thermodynamischen Temperaturen seiner beiden Wärme-Reservoire direkt aus dem Verhältnis der thermischen Pensa ab, die sich nach einem Zyklus der ebenfalls dazugehörigen carnotschen Wärmekraftmaschine ergeben. Damit wird erzwungen, dass die dabei (zwischen den Wärme-Reservoiren) ausgetauschten Entropiemengen gleich sind. Anderenfalls müssten diese mitberücksichtigt werden, da die Thermodynamische Temperatur am Ende als thermisches Potential auftreten soll, welche Energiemengen auf Entropiemengen beziehen. Dass die Natur isothermer Wärme-Reservoire, für die jeweils nur das thermische Pensum abzurechnen ist, ungeklärt bleibt, und dass für die Energiebilanz ihre Entropie gemessen werden muss, machen das carnotsche Thermometer selbst als reines Gedankenexperiment vollends unbrauchbar.

Thermometer

Erlaubt die schnelle Herbeiführung eines thermischen Gleichgewichts mit Körpern bzw. Systemen und zeigt die Temperatur, mithin den Größenwert der Temperaturfunktion des Thermometers auf einer vereinbarten Skala an.

Transport

Lageänderung eines Systems in endlicher Zeit.

Umwandlung

Reaktion zwischen Quanten einer Sorte, so dass diese sowohl bei den Edukten als auch bei den Produkten auftreten (z.B. eine chemische Reaktion).

Universelle Temperatur

Größenwert einer Temperaturfunktion, die sich auf beliebige Systeme anwenden lässt.

Universelle Gaskonstante

Divisor für die Temperaturfunktion des Idealen Gases, durch den seine Temperaturunterschiede zu denen von Thermometern mit Celsius-Skala angeglichen werden und durch den die Einheit der Entropie von „Mol“ rein kosmetisch auf „Joule/Kelvin“ gedreht wird.

Wärme

Die mit einem Entropieunterschied verbundene Energiedifferenz.

Wärmestrom

Entropietransport.

Nicht zu verwechseln mit Wärme bzw. dem thermischen Pensum, welches eine Inventaränderung an Entropie bewertet, und mit der Energieänderung eines dafür benötigten peripheren Systems, bzw. mit dem zwischen ihnen augetauschten Energiestrom nicht übereinstimmen muss, da es sich bei der Erhaltungseigenschaft der Entropie um eine willkürlich, physikalisch unbegründete Annahme handelt.

Wärmetod

Metaphorische, auf den Kosmos bezogene Interpretation der unzureichend abgeleiteten Schlussfolgerung, dass die Entropie eines abgeschlossenen Systems nur zunehmen könne

Widerspruchs-

beweis

Technik zum Beweis einer Aussage, indem aus ihrer logischen Umkehrung ein Widerspruch zu einer wahren Aussage abgeleitet wird. Zugunsten einer universellen Definition der Thermodynamischen Temperatur bzw. der Entropie (Elementarschluss) wird diese Beweistechnik erst auf den „Zweiten Hauptsatz“ in seinem Verhältnis zur Elementargewissheit und dann auf die Elementarannahme in ihrem Verhältnis zum „Zweiten Hauptsatz“ angewendet. Der Beweisgang scheitert, da der „Zweite Hauptsatz“ auf äquivalente (nämlich einander reversibel umkehrende) „Vorgänge“ bezogen werden muss, von denen nicht einer möglich und der andere unmöglich sein kann. Die Elementarannahme, die aus einem logischen Widerspruch ihrer Umkehrung zum „Zweiten Hauptsatz“ bewiesen werden soll, bleibt folglich ungewiss. Diese Hängepartie ist insofern bedeutungslos, als sich der gewünschte Elementarschluss ohnehin nicht ohne unnötige (Entropie ist Erhaltungsgröße), unsichere (es existieren reine Entropie-Reservoire) und in sich widersprüchliche Annahmen (Messung einer Größe mit Hilfe einer Größe, die sich erst aus der gemessenen Größe ergeben kann) ableiten lässt.

Wirkungsquantum

Von Max Planck 1900 im Rahmen seiner Ableitung der Hohlraumstrahlungskurve als Hilfsgröße zur Dimensionierung der Energie eines Lichtteilchens eingeführt. Diese Lichtteilchen-These wurde von Albert Einstein 1905 zur Erklärung des Photoeffekts und von Nils Bohr 1913 zur Erklärung des diskreten Spektrums von Wasserstoffgas erneuert.

Zustand

Physikalisch sinnvolle Kombination an Werten extensiver Größen.

Zustandsfunktion

Systemspezifische Abhängigkeit einer Größe von Zustandsvariablen.

Systemspezifische implizite Funktion direkt messbarer Größen als intensive Größe (z.B. thermisches Potential) bzw. als entsprechende Ersatzgröße (z.B. Temperatur).

Zweiter Hauptsatz

Besagt, dass die Konstruktion eines Perpetuum mobile zweiter Art unmöglich ist, dient dazu, die Elementarannahme zu beweisen, aus der sich eine universelle Definition sowohl der Thermodynamischen Temperatur als auch der Entropie ableiten lassen soll. Da sich der „Zweite Hauptsatz“ aus elementaren Gründen mit Hilfe der Elementargewissheit nicht beweisen lässt, kann von einem universellen Charakter besagter Definitionen keine Rede sein.