Was ist unter einem makroskopisch system im Zusammenhang von Physik zu verstehen?
2 Antworten
Ein makroskopisches System in der Physik bezieht sich auf ein System, das groß genug ist, um mit den klassischen physikalischen Gesetzen beschrieben zu werden, im Gegensatz zu mikroskopischen Systemen, die auf atomarer oder molekularer Ebene untersucht werden und oft quantenmechanische Beschreibungen erfordern. Alle mit bloßem Auge sichtbaren Körper sind automatisch makroskopische Systeme.
Bei Gasen spricht man dann von makroskopischen Systemen, wenn das Boltzmannsche Gesetz der großen Zahl gilt, sodass sich statistische Unterschiede im mikroskopischen Bereich, also unterschiedliche Geschwindigkeiten und Abstände der Teilchen, alle gegeneinander ausgleichen und das Gas dann mit den Gesetzen für ideale Gase zuverlässig beschrieben werden können. Im Allgemeinen geht man davon aus, dass ab 1 mol eines Gases zuverlässig ein makroskopisches System vorliegt.
Statistik funktioniert aber nur bei Stichproben, die groß genug sind. Mit der statistischen Auswertung von 4 Molekülen kann man keine idealen Gasgesetze herleiten. Bei der statistischen Methode nach Gibbs bzw. Boltzmann ist immer das Gesetz der großen Zahl gefragt, um Aussagen über makroskopische Systeme machen zu können.
Hatte jetzt eher diese Herleitungen der Gasgleichung über kanonische Ensembles im Kopf: kann mich da nur schwach erinnern...müsste nachlesen, aber irgendwas war da aus der Quantenmechanik, sonst bekommt man bei der Entropie einen Widerspruch. Leider hab ich nach 40 jahren schon viel vergessen.
aber irgendwas war da aus der Quantenmechanik,
... oder war das eventuell was mit Gibbs?
(Bei mir ist es übrigens ähnlich lange her)
Das ist so kompliziert, dass ich mich eigentlich damit nicht beschäftigen mag. Ich weiß gar nicht, wie ich das damals alles lernen konnte. Da sind dutzdende Seiten von Herleitungen uner Zustandssummen, Phasenräume, nicht-unterscheidbare Teilchen, Stirling-Näherung, etc...dass mir schwindelig wird. Am Ende kommt etwas raus, wo die Entropie eine extensive Größe ist, so wie es sich gehört. Aber um das wieder geistig aufzuarbeiten, würde ich eine Woche benötigen. 🤣🤣🤣
Die Thermodynamik war mir sowieso immer schon "suspekt" und ich hab sie auch nie richtig verstanden im Sinne was Physik im Sinne von Naturgesetzen ist und was "bloß" der Statistik geschuldet ist.
Grob würde ich sagen: alles, wo man für die Beschreibung die Quantenmechanik nicht benötigt. Es gibt aber auch makroskopische Quanteneffekte, also so ganz 100% ist die Trennung nicht.
allerdings sind auch Gase statistisch nur mit Quantenmechanik korrekt beschreibbar.