Herzlich willkommen zu meiner Vorlesung Thermodynamik. Ich möchte Ihnen heute eine Übersicht geben, was Sie in nächster Zeit erwartet und werde dann in der kommenden Zeit in verschiedenen Videoschnitzeln Ihnen die einzelnen Themen näher beibringen.

Thermodynamik ist nicht nur interessant für die Naturwissenschaften, sondern auch für die Ingenieurwissenschaften. Das Wort Thermodynamik kommt aus dem Altgriechischen. Was sonst? Thermos bedeutet warm und dynamis bedeutet Kraft. Damit ist doch schon alles gesagt.

Die Thermodynamik wurde hauptsächlich im 19. Jahrhundert entwickelt. Das begann schon Ende des 18. Jahrhunderts, aber die Blütezeit, die Entwicklung der Theorie, war im 19. Jahrhundert. Nämlich dann als Dampfmaschinen erfunden wurden, also wie chemische Energie in eine

Bewegungsenergie umgewandelt wurde. Das hinkt auch damit zusammen, dass zu dieser Zeit die damaligen Supermächte, die Kolonialmächte Hegemonialansprüche hatten und es dort einen Wettbewerb gab, sozusagen auch ein bisschen Aufrüstungswettbewerb. Deswegen wollte man die besten Maschinen entwickeln, um dann den technologischen Vorspruch zu haben.

Bei einer Dampfmaschine wird Verbrennungsenergie, die durch eine chemische Reaktion, das heißt die Verbrennung von Treibstoff entsteht, daraus wird Wärme gebildet, die wird in Arbeit umgewandelt, das heißt in kinetische Energie. Und aufgrund der Geschichte wurde dieser Teil der Thermodynamik

zunächst entwickelt. Das heißt, man spricht auch von phenomenologischer Thermodynamik oder Wärmelehre in dem Sinne. Das ist nur ein Teilaspekt von dem, was wir uns angucken wollen. Aber nicht nur die Umwandlung von Wärme und Arbeit ist in der Thermodynamik wichtig, sondern auch,

wie viel Wärme aufgenommen werden kann. Das steht in Verbindung mit der sogenannten Wärmekapazität eines Stoffes. Auch das ist Teil der phenomenologischen Thermodynamik. In der Vorlesung werden wir auch zunächst einmal phenomenologisch vorgehen und werden einige der Grundprinzipien

entwickeln. Also zum Beispiel die Hauptsätze der Thermodynamik, die genauso bedeutend sind, wie das Newtonische Axiom für die Mechanik oder auch die Maxwell-Gleichungen für die Elektrodynamik. Also das sind ganz fundamentale Größen,

die wir uns anhand der Entwicklung wie Wärme und Arbeit umgewandelt wird zunächst einmal erarbeiten wollen. Bisher habe ich immer darüber gesprochen, wie man phenomenologisch etwas beschreibt. An der einen oder anderen Stelle werde ich aber auch auf ein molekulares Bild zurückgreifen. Das heißt also, wie wechselwirken die

Moleküle oder Atome, wenn ich das Gefühl habe, dass das dann einfacher zu verstehen ist. Diese Art von Bild ist Bestandteil der statistischen Thermodynamik und war eigentlich erst möglich, nachdem man schon die phenomenologische Thermodynamik entwickelt hatte, als man

Entdeckungen in der Quantenmechanik gemacht hat. In der Physik wird das ja ausführlich auf dieser Art und Weise auf dem molekularen Level besprochen oder in der Chemie in den fortgeschrittenen Vorlesungen in der statistischen Thermodynamik. Aber keine Angst, für die Nerds, die gerne jetzt ganz viele Mathematikformeln in dieser

Richtung sehen wollen, da muss ich auf die fortgeschrittenen Vorlesungen vertrösten. Ich möchte gerne nur die konzeptionellen Bilder verwenden, weil ich glaube, dass an der einen oder anderen Stelle so ein Bild, wie das auf molekularer Ebene ist, eingängiger ist, als in dem phenomenologischen Kontext. Ich bin Chemikerin

und natürlich die Wärmekraftmaschinen sind ganz spannend und ganz interessant, aber eigentlich interessiert uns ja, was in chemischen Reaktionen passiert. Und deswegen wird die zweite Hälfte der Vorlesung darüber gehen, wie man die chemischen Reaktionen aus thermodynamischer Sicht betrachtet. Zum Beispiel,

welche Reaktionen findet freiwillig statt, wenn man zwei Komponenten zusammenkippt? Oder wo muss man ein bisschen nachhelfen, indem man zum Beispiel erhitzt oder vielleicht auch ein Kältebad runterstellt? Und wenn man dann eine chemische Reaktion gemacht hat, dann muss man natürlich auch die E-Dokte von den Produkten trennen.

Das ist manchmal gar nicht so einfach. Und was da zu bedenken ist, das ist ebenfalls Teil des zweiten Teils meiner Vorlesung. Also bitte ein bisschen Geduld, wenn wir uns erst mal die Konzepte anhand von Wärmekraftmaschinen erarbeiten, die Chemie kommt dann ganz bestimmt.