Materialeigenschaften (Thermodynamik) - Material properties (thermodynamics)

Thermodynamik
Die klassische Carnot-Wärmekraftmaschine
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Systemeigenschaften Hinweis: Conjugate Variablen in Kursivschrift Eigenschaftsdiagramme Intensive und umfangreiche Eigenschaften Prozessfunktionen Arbeit Hitze Staatsfunktionen Temperatur  / Entropie  ( Einführung ) Druck  / Volumen Chemisches Potenzial  / Partikelzahl Dampfqualität Reduzierte Eigenschaften
Materialeigenschaften Immobiliendatenbanken Spezifische Wärmekapazität  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Komprimierbarkeit  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Wärmeausdehnung  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Gleichungen Satz von Carnot Satz von Clausius Grundrelation Ideales Gasgesetz Maxwell-Beziehungen Gegenseitige Beziehungen zwischen Onsager Bridgmans Gleichungen Tabelle der thermodynamischen Gleichungen
Potenziale Freie Energie Freie Entropie
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Wissenschaftler Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Sonstiges Nukleation Selbstmontage Selbstorganisation Ordnung und Unordnung
Kategorie
v T e

Die thermodynamischen Eigenschaften von Materialien sind intensive thermodynamische Parameter, die für ein bestimmtes Material spezifisch sind. Jedes steht in direktem Zusammenhang mit einem Differential zweiter Ordnung eines thermodynamischen Potentials . Beispiele für ein einfaches 1-Komponenten-System sind:

• Kompressibilität (oder sein Kehrwert, der Volumenmodul )

• Isotherme Kompressibilität

${\displaystyle \kappa_{T}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial P}}\right)_{T}\quad =-{ \frac {1}{V}}\,{\frac {\partial^{2}G}{\partial P^{2}}}}$

• Adiabatische Kompressibilität

${\displaystyle \kappa_{S}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial P}}\right)_{S}\quad =-{ \frac {1}{V}}\,{\frac {\partial^{2}H}{\partial P^{2}}}}$

• Spezifische Wärme (Hinweis - das umfangreiche Analogon ist die Wärmekapazität )

• Spezifische Wärme bei konstantem Druck

${\displaystyle c_{P}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{P}\quad =-{\frac { T}{N}}\,{\frac {\partial^{2}G}{\partial T^{2}}}}$

• Spezifische Wärme bei konstantem Volumen

${\displaystyle c_{V}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{V}\quad =-{\frac { T}{N}}\,{\frac {\partial^{2}A}{\partial T^{2}}}}$

• Koeffizient der thermischen Ausdehnung

${\displaystyle \alpha ={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}\quad ={\frac {1}{ V}}\,{\frac {\partial^{2}G}{\partial P\partial T}}}$

wobei P   ist Druck , V   ist Volumen , T   ist Temperatur , S   ist die Entropie , und N   ist die Anzahl der Teilchen .

Für ein Einkomponentensystem werden nur drei zweite Ableitungen benötigt, um alle anderen abzuleiten, und daher werden nur drei Materialeigenschaften benötigt, um alle anderen abzuleiten. Für ein Einkomponentensystem sind die "Standard" drei Parameter die isotherme Kompressibilität , die spezifische Wärme bei konstantem Druck und der Wärmeausdehnungskoeffizient . ${\displaystyle \kappa_{T}}$${\displaystyle c_{P}}$${\displaystyle\alpha}$

Zum Beispiel sind die folgenden Gleichungen wahr:

${\displaystyle c_{P}=c_{V}+{\frac {TV\alpha^{2}}{N\kappa_{T}}}}$

${\displaystyle \kappa_{T}=\kappa_{S}+{\frac {TV\alpha^{2}}{Nc_{P}}}}$

Die drei "Standard"-Eigenschaften sind in der Tat die drei möglichen zweiten Ableitungen der freien Gibbs-Energie in Bezug auf Temperatur und Druck. Darüber hinaus zeigt die Betrachtung von Ableitungen wie und den verwandten Schwartz-Relationen, dass das Eigenschaftstriplett nicht unabhängig ist. Tatsächlich kann eine Eigenschaftsfunktion bis zu einem Referenzzustandswert als Ausdruck der beiden anderen angegeben werden. ${\displaystyle {\frac {\partial^{3}G}{\partial P\partial T^{2}}}}$

Das zweite Prinzip der Thermodynamik hat Auswirkungen auf das Vorzeichen einiger thermodynamischer Eigenschaften wie der isothermen Kompressibilität.

Siehe auch

• Liste der Materialeigenschaften (thermische Eigenschaften)
• Wärmekapazitätsverhältnis
• Statistische Mechanik
• Thermodynamische Gleichungen
• Thermodynamische Datenbanken für Reinstoffe
• Hitzeübertragungskoeffizient
• Latente Hitze
• Spezifische Schmelzwärme (Schmelzenthalpie)
• Spezifische Verdampfungswärme (Verdampfungsenthalpie)
• Thermische Masse

Externe Links

• Die Dortmunder Datenbank ist eine Sachdatenbank für thermodynamische und thermophysikalische Daten.

Verweise

• Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamik und eine Einführung in die Thermostatistik (2. Aufl.). New York: John Wiley & Söhne. ISBN 0-471-86256-8.