Warum hält thermodynamisches Gleichgewicht für immer an?

Hallo,

angeblich soll das thermodynamische Gleichgewicht eines abgeschlossenen Systems für immer anhalten. Ich verstehe nur nicht ganz, wie das sein kann. Angenommen, man hat ein abgeschlossenes System mit idealem Vakuum und zwei Körper die sich aufeinander zubewegen in dem System. Dieses System nimmt man nun als im Gleichgewichtszustand an, da alle drei Punkte für das thermodynamische Gleichgewicht erfüllt sind (von Wikipedia):

  • Thermisches Gleichgewicht
  • Mechanisches Gleichgewicht (Beide Körper haben konstanten Impuls)
  • Chemisches Gleichgewicht

Nun kollidieren diese zwei Körper und es entsteht Wärme. Damit verlässt das System das thermodynamische Gleichgewicht, da nun ein neuer Zustand höchster Entropie vorliegt. Kann es sein, dass "keine zeitlichen Änderungen" ein weiteres Kriterium für thermodynamisches Gleichgewicht ist?

Wenn dieses Beispiel irgendein Fehler enthält, dann kann ich ein anderes bringen: Angenommen, man hat ein abgeschlossenes System mit einem hochexplosiven Stoff in diesem. Die Temperatur für eine Startreaktion, deren Wärme alle weiteren Reaktionen auslösen würde, liegt im Vergleich zur aktuellen Temperatur sehr hoch. Dennoch wird das Erreichen dieser Temperatur mit zunehmender Zeit für ein einzelnes Teilchen immer höher, sodass die Reaktion irgendwann ausgelöst wird und das System seinen thermodynamischen Gleichgewichtszustand verlässt.

Gleichgewicht, Thermodynamik
Ist die innere Energie U abhängig vom Druck und Volumen?

Hallo,

ich frage hier nicht, ob Volumenarbeit oder chemische Wechselwirkungen die Temperatur des Systems erhöhen könnten (was sie können), sondern ganz einfach: Hat die Systemgröße (Druck und Volumen) eine Auswirkung auf die innere Energie U (in einem geschlossenen System)?

Zuerst dachte ich, dass sich Druckenergie nicht innerhalb des Systems nutzen ließe, aber dann bin ich auf folgende Idee gekommen, die Druckenergie zu nutzen:

Man baut in einem geschlossenen System ein luftdichten Raum, der noch denselben Druck wie im System besitzt. Danach leistet man am System isotherme Volumenarbeit und kann durch Ausgleich der Drücke Energie (bspw. elektrische) innerhalb des Systems teilweise zurückgewinnen.

Demnach müsste die Innere Energie den Druck und das Volumen berücksichtigen, da ja keine Energie mit der Umgebung ausgetauscht wurde und deshalb die innere Energie seit der Volumenarbeit konstant geblieben ist.

Ein anderes Gedankenexperiment führt jedoch zu einem anderen Ergebnis.

Dass die innere Energie nicht den Druck und das Volumen berücksichtigt, kann man folgendermaßen herleiten:

Man hat einen großen Raum voller ideales Gas. Jedes Mal, wenn sich Gasmoleküle von der Systemwand entfernen entsteht eine Einbuchtung an dieser Stelle, ohne dass dem System in irgendeiner Weise Energie zugeführt werden würde. Mit zunehmender Zeit wird die Wahrscheinlichkeit für eine Volumenabnahme immer größer. Man verkleinert das Volumen und erhöht den Druck ohne Energie an das System zu geben. Ab einen gewissen Grad wird es unrealistisch unwahrscheinlich, dass sich das System noch verkleinert. Diese Unstimmigkeit ignoriere ich einfach mal.

Dasselbe kann man mit der Ausdehnung machen. Man hat ein System voller ideales Gas und dehnt die Systemgrenzen aus. Die innere Energie bleibt konstant, zumindest dachte ich das zuerst. Ich bin auf die Idee gekommen, dass sich die potentielle Energie innerhalb des Systems bei Volumenänderung verändern könnte: Wenn man ein Haufen Elektronen hat steigt oder sinkt die potentielle Energie, je nach Verteilung der Elektronen innerhalb des Systems.

Dennoch hat das eine Gedankenexperiment zur Volumenverkleinerung zu einem anderen Ergebnis geführt. Wo liegt mein Denkfehler?

Energie, Thermodynamik
Durch. Geschwindigkeit von Molekülen in Wasserstoffgas unerklärlich (Maxwell-Boltzmann-Verteilung)?

[Frage ist schon beantwortet, danke!]

Hallo,

in meinem Schulbuch steht, dass die Moleküle von Wasserstoffgas eine Geschwindigkeit von 1845 m/s bei 0 °C haben.

Das wollte ich online überprüfen und habe genau 1 PDF gefunden, in dem dieser Wert angegeben wurde.

Angeblich wurde dieser Wert mit der Formel c = sqrt(3*R*T/µ) berechnet, wobei

c die mittlere Geschwindigkeit in m/s, R die Gaskonstante, T die absolute Temperatur und µ die Masse eines Gramm-Moleküls ist.

Ein Gramm-Molekül ist nach meinem Verständnis dasselbe wie die molekulare Masse, die in g/mol angegeben wird.

Das bestätigt sich durch den Wikipedia-Artikel "Maxwell-Boltzmann-Verteilung", in dem sich dieselbe Formel findet, aber mit einem M anstatt einem µ.

Dennoch lässt sich der Wert 1845 m/s nicht durch die Formel berechnen:

Für R = 8,3; T = 273; M = 2 ist c = 58 m/s.

Mir ist auch klar, dass diese Formel das Quadratisches Mittel der Geschwindigkeit angibt (RMS speed) und nicht die durchschnittliche Geschwindigkeit,

aber dennoch sollte ich dem Wert 1845 m/s doch nahekommen.

Auf der Wikipedia-Seite findet sich ein Graph, auf dem Wasserstoffgas die häufigste Geschwindigkeit von etwa 1500 m/s besitzt, die der RMS Geschwindigkeit von 1845 m/s nahekommt.

Auf der Wikipedia-Seite ist ebenfalls die Formel der durch. Geschwindigkeit mit v = sqrt(8*R*T/(pi*M)) angegeben.

Rechne ich das mit denselben Werten wie vorher aus, komme ich auf 53 m/s. Ich scheine irgendetwas falsch zu machen, aber finde meinen Fehler nicht.

Schule, Chemie, Physik