Thermodynamische Zustandsflächen - GIBBS Werk und MAXWELLs Beitrag

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Formal Metadata

Title
Thermodynamische Zustandsflächen - GIBBS Werk und MAXWELLs Beitrag
Title of Series
Part Number
2a
Author
Lauth, Jakob Günter (SciFox)
Contributors
Lauth, Anika (Medientechnik)
License
CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany:
You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI
Publisher
SciFox
Release Date
2013
Language
German
Production Year
2013
Production Place
Jülich

Content Metadata

Subject Area
Keywords
Physikalische Chemie
Thermodynamik
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Ansatz
Reinstoff Überkritischer Zustand Pressure
Guten Tag, liebe Freunde der Wissenschaft. Im Jahr 1873 veröffentlichte Josiah Willard Gibbs seine
erste Thermodynamik Arbeit ( " Grafische Methoden in der Thermodynamik von Flüssigkeiten ") , in der er die beiden Koordinaten Entropie und
Volumen verwendet, um den Zustand eines Systems
darzustellen. In der Folge-Arbeit (" eine Methode der geometrischen Darstellung der thermodynamischen Eigenschaften von Substanzen mittels Flächen") später im gleichen Jahr veröffentlicht , ergänzte
Gibbs diese zwei Koordinaten Volumen und Entropie um eine dritte Koordinate, der Energie des
Systems. In dieser Arbeit hat Gibbs die Zusammenhänge meist über Gleichungen und verbal beschrieben und nur ganz wenige Abbildungen benutzt. Zudem verwendete Gibbs nicht nur die unübliche griechische Schreibweise für thermodynamische Größen (z.B. eta für Entropie und epsilon für Energie), er erwendete auch zweidimensionalen Bilder für seine dreidimensionale Diskussionen. In diesen - heute historischen - Arbeiten führte Gibbs den Begriff der verfügbaren Energie -- später nach Ihm benannt Gibbssche Energie ein. Es gelang ihm damit, die Bedingungen für Gleichgewicht -- insbesondere für mehrphasige Systeme - zu beschreiben. Aufgrund der Komplexität der Darstellung erhielt Gibbs Arbeit damals sehr wenig Aufmerksamkeit,
vor allem in den Vereinigten Staaten. Doch als James Clerk Maxwell Gibbs Arbeiten in Großbritannien las, sah er sofort das Potenzial der Methode. Maxwell war von Gibbs geometrischen Ansatz so fasziniert, dass er innerhalb von sieben Monaten
(Nov 1874 -- Juli 1875) die Energie - Entropie - Volumen - Fläche von Wasser berechnete und ein tönernes 3D Modell davon erstellte. Er erstellte
mehrere Abdrücke dieser Fläche und schickte eine davon als Zeichen seiner Wertschätzung an Gibbs. In der heute als Maxwellsche Fläche bezeichneten Plastik
werden die verschiedenen Zustandsbereiche (Gas, Flüssigkeit, Feststoff) eines wasserähnlichen Stoffs , in einem Entropie (x) - Volumen (y) - Energie (z)- Koordinatensystem dargestellt. Man erkennt einphasige Bereiche (Gas, Flüssigkeit), die grüne Binodale mit dem kritischen Punkt, die die homogenen Bereiche begrenzt. Wir erkennen einen zweiphasigen Bereich (flüssig/gasförmig) , und ein Dreieck, welches den Tripelzustand (die Koexistenz aller drei Phasen) - markiert. Auf der Oberfläche des Modells gravierte Maxwell Linien konstanten Drucks (Blau) und Temperatur (rot), wie sie nach dem Ersten und Zweiten Hauptsatz
zu berechnen sind -- sie entsprechen hjier Linien konstanter Steigung in eta- und in v- Richtung. Zustandsflächen von reinen Stoffen lassen sich im Prinzip mit beliebigen zwei Variablen
konstruieren. Besonders anschaulich ist die Druck-Volumen-Temperatur-Fläche. 1871 modellierte der schottische Ingenieur James Thomson -- der ältere Bruder von Lord Kelvin -- eine entsprechende Fläche basierend auf Daten
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