Energie und Entropie

Dieses Buch setzt die Reihe "Die Physik des Naturwissenschaftlers" nach dem Band "Mechanik-Relativität-Gravitation" mit einer Einführung in die Thermodynamik fort. Es gibt eine in sich geschlossene und unabhängig von dem Band "Mechanik-Relativität Gravitation" lesbare Darstellung der thermodynamischen Beschreibung physikalischer Vorgänge. Das Buch wendet sich in erster Linie an den angehenden Physiker und Physiko-Chemiker, aber auch an den Ingenieur und jeden Naturwissenschaftler, ob Lehrer oder Forscher, der Interesse hat am Aufbau und der Struktur des anwendungs fähigsten physikalischen Begriffssystems, das wir besitzen. Obwohl das Wort "Thermodynamik" so viel bedeutet wie "Wärmelehre", handelt es sich doch bei der Thermodynamik um mehr als nur um eine Theorie der Wärme. Die Thermodynainik beschränkt sich weder auf die Wärme, noch überhaupt auf spezielle Objekte oder Vorgänge in der Natur, wie die Mechanik auf die mechanischen, die Optik auf die optischen, die Elektrodynamik auf die elektromagnetischen. Sie handelt vielmehr von Regeln, die auf beliebige Objekte und Vorgänge zutreffen, sie ist ein allgemeines Verfahren zur Naturbeschreibung. Diese Allgemeinheit erklärt den Ruf der Thermodynamik als den des abstraktesten Gebietes der Physik, sie zeigt aber gleich zeitig am klarsten, wie die Physik überhaupt vorgeht, wie sich die "Wissenschaft von der Natur", die Physik, abhebt von der Natur selbst. In der thermodynamischen Be schreibung der Natur spielen Begriffe wie "physikalische Größe", "Zustand", "System", "Prozeß" die zentrale Rolle. Daß diese Begriffe die Grundlagen der Physik bilden, hat die Entwicklung der letzten hundert Jahre, beginnend mit der Beherrschung der Phäno mene der Wärme, gezeigt.

Klappentext

Dieses Buch setzt die Reihe "Die Physik des Naturwissenschaftlers" nach dem Band "Mechanik-Relativität-Gravitation" mit einer Einführung in die Thermodynamik fort. Es gibt eine in sich geschlossene und unabhängig von dem Band "Mechanik-Relativität­ Gravitation" lesbare Darstellung der thermodynamischen Beschreibung physikalischer Vorgänge. Das Buch wendet sich in erster Linie an den angehenden Physiker und Physiko-Chemiker, aber auch an den Ingenieur und jeden Naturwissenschaftler, ob Lehrer oder Forscher, der Interesse hat am Aufbau und der Struktur des anwendungs­ fähigsten physikalischen Begriffssystems, das wir besitzen. Obwohl das Wort "Thermodynamik" so viel bedeutet wie "Wärmelehre", handelt es sich doch bei der Thermodynamik um mehr als nur um eine Theorie der Wärme. Die Thermodynainik beschränkt sich weder auf die Wärme, noch überhaupt auf spezielle Objekte oder Vorgänge in der Natur, wie die Mechanik auf die mechanischen, die Optik auf die optischen, die Elektrodynamik auf die elektromagnetischen. Sie handelt vielmehr von Regeln, die auf beliebige Objekte und Vorgänge zutreffen, sie ist ein allgemeines Verfahren zur Naturbeschreibung. Diese Allgemeinheit erklärt den Ruf der Thermodynamik als den des abstraktesten Gebietes der Physik, sie zeigt aber gleich­ zeitig am klarsten, wie die Physik überhaupt vorgeht, wie sich die "Wissenschaft von der Natur", die Physik, abhebt von der Natur selbst. In der thermodynamischen Be­ schreibung der Natur spielen Begriffe wie "physikalische Größe", "Zustand", "System", "Prozeß" die zentrale Rolle. Daß diese Begriffe die Grundlagen der Physik bilden, hat die Entwicklung der letzten hundert Jahre, beginnend mit der Beherrschung der Phäno­ mene der Wärme, gezeigt.

Inhalt
I Die Energie und ihre Bedeutung.- § 1 Energieumsetzungen und ihre Einteilung in Formen.- Die Mengenartigkeit der Energie.- Die Formen, in denen Energie ausgetauscht wird.- Der Wirkungsgrad von Maschinen.- Energieströme.- Die räumliche Verteilung der strömenden Energie. Energiestromdichte.- §2 Die Energieumsetzungen auf der Erde.- Die von der Erdoberfläche aufgenommenen und abgegebenen Energieströme.- Die Energieströme der Zivilisation.- Die Energieversorgung aus fossilen Brennstoffen.- Exponentielles Wachstum.- Unsere Energieversorgung heute.- Kernenergie.- Sonnenenergie.- Energiespeicherung durch Photosynthese.- Energieströme in Pflanzen und Tieren.- II Energieformen.- § 3 Die Energieform Rotationsenergie.- Die Kennzeichnung von Energieformen durch physikalische Größen.- Rotationsenergie und Drehimpuls.- Rotationsenergie-Strom und Drehimpuls-Strom.- Das Getriebe als Transformator für Rotationsenergie.- Rotationsenergie und Drehimpuls eines 2-Körper-Systems.- Änderungen des Trägheitsmoments. Verschiebungsenergie.- Die Rotation von Molekülen.- § 4 Die Energieformen Bewegungsenergie, Kompressionsenergie, Oberflächenenergie, elektrische Energie.- Bewegungsenergie.- Kompressionsenergie.- Oberflächenenergie.- Elektrische Energie.- Die mathematische Gestalt von Energieformen.- § 5 Die Energieform chemische Energie.- Die Menge eines Stoffs und die Variable Teilchenzahl.- Einheiten der Größe Teilchenzahl.- Mehrere Teilchenzahl-Variablen.- Chemische Energie.- Elektrochemische Energie.- § 6 Die Energieform Wärme.- Extensive und intensive Größen.- Standard-Variablen und Standard-Energieformen.- Wärmeenergie.- Wärmestrom und Entropiestrom.- §7 Die Energieformen von elektromagnetischem Feld und Materie.- Das System Elektromagnetisches Feld.- Ladungen und Dipole in der Materie.- Die Energieform elektrische Energie des elektromagnetischen Feldes.- Die Energieform Polarisationsenergie eines Körpers.- Energieaustausch bei Erzeugung und Verschiebung eines elektrischen Dipols.- Die Energieform magnetische Energie des elektromagnetischen Feldes.- Die Energieform Magnetisierungsenergie eines Körpers.- Mit der Erzeugung eines magnetischen Dipols verknüpfter Energieaustausch.- Die Energieformen des Gesamtsystems Elektromagnetisches Feld + Materie.- III System, Zustand, Prozeß.- §8 Die Gibbssche Fundamentalform eines Systems.- Ströme mengenartiger Größen und ihre Energieströme.- Systeme und ihr Energieaustausch.- Die Gibbssche Fundamentalform.- § 9 Systeme und ihre Gibbs-Funktionen.- Was ist ein System?.- Die Gibbs-Funktion E = E(extensive Variablen) eines Systems.- Standard-Variablen.- Gewinnung der intensiven Variablen eines Systems aus seiner Gibbs-Funktion.- § 10 Zerlegung von Systemen.- Zerlegung der Energie in Anteile.- Zerlegung eines Systems in Teilsysteme.- Die innere Energie als Energieanteil.- Die Unzerlegbarkeit eines Systems in relativistischen Zuständen.- §11 Zustand und Prozeß.- Was ist ein Zustand?.- Prozesse als Übergänge zwischen Zuständen.- Prozesse als Änderungen dynamischer Größen.- Dynamische und kinematische Größen.- IV Gleichgewichte.- § 12 Gleichgewicht beim Austausch von Verschiebungsenergie, Bewegungsenergie, Rotationsenergie, Kompressionsenergie, Oberflächenenergie.- Gleichgewicht beim Austausch von Verschiebungsenergie. Kräftegleichgewicht.- Minimumprinzip der Energie.- Gleichgewicht beim Austausch von Bewegungsenergie. Translatives Bremsgleichgewicht.- Gleichgewicht beim Austausch von Rotationsenergie. Rotatives Bremsgleichgewicht.- Gleichgewicht beim Austausch von Kompressionsenergie. Druckgleichgewicht.- Gleichgewicht beim Austausch von Oberflächenenergie. Minimalflächen.- Die Oberfläche als Grenzfläche zwischen verschiedenen Medien.- Die Grenzfläche zwischen einer flüssigen und einer festen Phase.- § 13 Gleichgewichte beim Austausch geladener Teilchen.- Elektronengleichgewicht zwischen Festkörpern. Kontaktspannung.- Halbleiterrandschicht.- Batterien.- Chemische Gleichgewichte in der Batterie.- Die EMK der geladenen Batterie.- Die entladene Batterie.- § 14 Thermisches Gleichgewicht.- Gleichgewicht beim Austausch von Wärme.- Maximumprinzip der Entropie.- Gleichgewichte und Nicht-Gleichgewichte.- Allgemeine Bedeutung des Gleichgewichts.- V Temperatur.- § 15 Die Messung der Temperatur. Gasthermom…