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Eigenschaften der thermodynamischen Potentiale: Die freie Energie

Die freie Energie F = U - TS ist die (negative) Legendre-Transformierte der inneren Energie U, wenn diese als Funktion der extensiven Variablen Entropie S und Volumen V dargestellt wird: U = U(S, V); die Legendre-Transformation wird dabei bezüglich der Variable S berechnet. Es ist dann leicht nachzuweisen, dass die freie Energie ein thermodynamisches Potential ist und dass die Änderung der freien Energie bei isothermen Zustandsänderungen mit der Zufuhr von mechanischer Arbeit übereinstimmt.

thermodynamisches Potential freie Energie gebundene Energie Entropie Temperatur Thermodynamik innere Energie isotherm adiabatisch ideales Gas Legendre-Transformation

Die freie Energie und die gebundene Energie

Mit Hilfe der freien Energie und der gebundenen Energie soll die innere Energie in zwei Anteile zerlegt werden: Die freie Energie soll allein durch die Zufuhr von mechanischer Arbeit und die gebundene Energie allein durch die Zufuhr von Wärme verändert werden. Diese Zerlegung lässt sich allerdings nur für isotherme Prozesse durchführen. Die Eigenschaften der freien und gebundenen Energie werden für die isotherme Zustandsänderung und andere einfache Prozesse diskutiert.

freie Energie gebundene Energie Entropie Wärme Temperatur Thermodynamik innere Energie isotherm isochor adiabatisch ideales Gas
Die freie Energie und die gebundene Energie

Die Berechnung der Entropie des idealen einatomigen Gases

Für das ideale einatomige Gas werden die Zusammenhänge zwischen den Hauptsätzen der Thermodynamik und den Zustandsgleichungen (thermische und kalorische Zustandsgleichung) diskutiert und angewendet, um die Entropie in verschiedenen Darstellungen zu berechnen. Illustriert werden die Herleitungen an speziellen Zustandsänderungen (isotherm, isochor, adiabatisch, freie Expansion).

Entropie Wärme innere Energie Temperatur Thermodynamik 1. Hauptsatz der Thermodynamik 2. Hauptsatz der Thermodynamik Zustandsgröße Prozessgröße Zustandsgleichung thermische Zustandsgleichung kalorische Zustandsgleichung freie Expansion isotherme Expansion isotherm isochor adiabatisch