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Metzler Lexikon Philosophie: Thermodynamik

Bereich der Physik, der alle physikalischen und chemischen Phänomene umfasst, bei denen Arbeits-und Wärmewirkungen auftreten. Für die Vorgeschichte der modernen Th. ist die Interpretation von Wärme als einer Substanz charakteristisch. Bis zur Mitte des 19. Jh. herrschte die Auffassung vor, dass es sich bei der Wärme um eine Art Stoff handelt und die Temperatur eines Körpers demnach von seinem Gehalt an Wärmestoff abhängig ist. Ein entscheidender Beitrag zur Entwicklung der Th. ist mit Untersuchungen zu Wärmekraftmaschinen verknüpft. Auf der Basis der Annahme eines Wärmestoffs, der bei allen Austauschprozessen insgesamt erhalten bleibt, entwickelt S. Carnot 1824 erstmals eine Theorie über Dampfmaschinen, deren Funktionsweise er sich zunächst nach dem Modell eines Wasserrades vorstellte. Ihm zufolge wird in den Maschinen eine bewegende Kraft, also die physikalische Arbeit, dadurch erzeugt, dass der Wärmestoff von einem heißeren zu einem kälteren Körper übergeht (˲fällt˱). Er kam zu dem Ergebnis, dass der Wirkungsgrad, also das Verhältnis der erzeugten Arbeit und der dafür aufgewendeten Wärme, bei einem solchen Austauschvorgang proportional ist zum Temperaturunterschied zwischen den beteiligten Körpern. J. R. Mayer konnte 1842 auf theoretischem und J. P. Joule 1842–1850 auf experimentellem Wege nachweisen, dass zwischen der aufgewendeten mechanischen Arbeit und der erzeugten Wärmeenergie eine eindeutige Beziehung besteht, womit der Grundstein für eine kinetische Wärmetheorie gelegt war. Clausius gelang schließlich 1850 der Nachweis für den umgekehrten Vorgang, also für die Umwandlung von Wärmeenergie in Arbeit. Die noch bei Carnot zugrundeliegende Wärmestofftheorie ist um 1850 durch die phänomenologische (klassische) Th. abgelöst worden, die auf dem Grundsatz von der Äquivalenz von Wärme und Arbeit beruht: Beide sind wechselseitig ineinander umwandelbar und Ausdrucksformen der umfassenden physikalischen Größe Energie, die in allen Vorgängen erhalten bleibt (erster Hauptsatz). Wärme ist nur bis zu einer Obergrenze (Carnot’scher Kreisprozess) in mechanische Arbeit umwandelbar; bei der Energieumwandlung erfolgt eine Dissipation mechanischer Energie. Clausius prägt dafür den Begriff der Entropie. Bei reversiblen (umkehrbaren) Prozessen bleibt die Entropie konstant, bei irreversiblen nimmt sie zu. In der klassischen Th. werden folgende Hauptsätze aufgestellt: (1) Die Gesamtenergie (Bewegungs-, elektrische, thermische, und chemische Energie) in einem abgeschlossenen System ist unveränderlich. Dies ist eine Verallgemeinerung des Satzes von der Erhaltung der Energie. Aus diesem ersten Hauptsatz folgt u. a. die Unmöglichkeit eines perpetuum mobile erster Art, d. h., dass es unmöglich ist, dass ein bestimmter Systemzustand (eine Maschine) kontinuierlich Energie abgibt, ohne diese Energie (in irgendeiner Form) aufzunehmen. (2) Wärme kann nur von einer Zone jeweils höherer zu einer Zone jeweils niedrigerer Temperatur übergehen. Dieser zweite Hauptsatz ist das Theorem von der Zunahme der Entropie (als des thermodynamischen Ordnungszustands) abgeschlossener Systeme bei allen makrophysikalischen Vorgängen. (3) Nach dem dritten Hauptsatz (Nernst’sches Wärmetheorem) ist der absolute Nullpunkt unerreichbar. Beim absoluten Nullpunkt (-273,16° Kelvin) erreichte die Entropie eines Körpers den Wert Null, d.h. dass keine thermische Molekülbewegung (keine Wärmebewegung) mehr stattfindet und somit kein Wärmetausch erfolgen kann. Dieser Zustand lässt sich deshalb nur näherungsweise erreichen. In der neueren Th. beschäftigt man sich im Rahmen der Th. der irreversiblen Prozesse mit Ungleichgewichtszuständen (I. Prigogine).

Literatur:

  • P. Mittelstaedt: Philosophische Probleme der modernen Physik. Mannheim u. a. 1989. S. 172–218
  • M. Tribus: Thermostatics and Thermodynamics. An introduction to Energy, Information and States of Matter, with Engineering Applications. Princeton u. a. 1961.

JH

  • Die Autoren
AA Andreas Arndt, Berlin
AB Andreas Bartels, Paderborn
AC Andreas Cremonini, Basel
AD Andreas Disselnkötter, Dortmund
AE Achim Engstler, Münster
AG Alexander Grau, Berlin
AK André Kieserling, Bielefeld
AM Arne Malmsheimer, Bochum
AN Armin Nassehi, München
AR Alexander Riebel, Würzburg
ARE Anne Reichold, Kaiserslautern
AS Annette Sell, Bochum
AT Axel Tschentscher, Würzburg
ATA Angela T. Augustin †
AW Astrid Wagner, Berlin
BA Bernd Amos, Erlangen
BBR Birger Brinkmeier, Münster
BCP Bernadette Collenberg-Plotnikov, Hagen
BD Bernhard Debatin, Berlin
BES Bettina Schmitz, Würzburg
BG Bernward Gesang, Kusterdingen
BI Bernhard Irrgang, Dresden
BK Bernd Kleimann, Tübingen
BKO Boris Kositzke, Tübingen
BL Burkhard Liebsch, Bochum
BR Boris Rähme, Berlin
BS Berthold Suchan, Gießen
BZ Bernhard Zimmermann, Freiburg
CA Claudia Albert, Berlin
CH Cornelia Haas, Würzburg
CHA Christoph Asmuth, Berlin
CHR Christa Runtenberg, Münster
CI Christian Iber, Berlin
CJ Christoph Jäger, Leipzig
CK Christian Kanzian, Innsbruck
CL Cornelia Liesenfeld, Augsburg
CLK Clemens Kauffmann, Lappersdorf
CM Claudius Müller, Nehren
CO Clemens Ottmers, Tübingen
CP Cristina de la Puente, Stuttgart
CS Christian Schröer, Augsburg
CSE Clemens Sedmak, Innsbruck
CT Christian Tewes, Jena
CZ Christian Zeuch, Münster
DG Dorothea Günther, Würzburg
DGR Dorit Grugel, Münster
DH Detlef Horster, Hannover
DHB Daniela Hoff-Bergmann, Bremen
DIK Dietmar Köveker, Frankfurt a.M.
DK Dominic Kaegi, Luzern
DKÖ Dietmar Köhler, Witten
DL Dorothea Lüddeckens, Zürich
DP Dominik Perler, Berlin
DR Dane Ratliff, Würzburg und Austin/Texas
EE Eva Elm, Berlin
EJ Eva Jelden, Berlin
EF Elisabeth Fink, Berlin
EM Ekkehard Martens, Hamburg
ER Eberhard Rüddenklau, Staufenberg
EWG Eckard Wolz-Gottwald, Davensberg
EWL Elisabeth Weisser-Lohmann, Bochum
FBS Franz-Bernhard Stammkötter, Bochum
FG Frank Grunert, Basel
FPB Franz-Peter Burkard, Würzburg
FW Fabian Wittreck, Münster
GK Georg Kneer, Leipzig
GKB Gudrun Kühne-Bertram, Ochtrup
GL Georg Lohmann, Magdeburg
GM Georg Mildenberger, Tübingen
GME Günther Mensching, Hannover
GMO Georg Mohr, Bremen
GN Guido Naschert, Tübingen
GOS Gottfried Schwitzgebel, Mainz
GS Georg Scherer, Oberhausen
GSO Gianfranco Soldati, Tübingen
HB Harald Berger, Graz
HD Horst Dreier, Würzburg
HDH Han-Ding Hong, Düsseldorf
HG Helmut Glück, Bamberg
HGR Horst Gronke, Berlin
HL Hilge Landweer, Berlin
HND Herta Nagl-Docekal, Wien
HPS Helke Pankin-Schappert, Mainz
HS Herbert Schnädelbach, Berlin
IR Ines Riemer, Hamburg
JA Johann S. Ach, Münster
JC Jürgen Court, Köln
JH Jörg Hardy, Münster
JHI Jens Hinkmann, Bad Tölz
JK Jörg Klawitter, Würzburg
JM Jörg F. Maas, Hannover
JOP Jeff Owen Prudhomme, Macon/Georgia
JP Jörg Pannier, Münster
JPB Jens Peter Brune
JQ Josef Quitterer, Innsbruck
JR Josef Rauscher, Mainz
JRO Johannes Rohbeck, Dresden
JS Joachim Söder, Bonn
JSC Jörg Schmidt, München
JV Jürgen Villers, Aachen
KDZ Klaus-Dieter Zacher, Berlin
KE Klaus Eck, Würzburg
KG Kerstin Gevatter, Bochum
KH Kai-Uwe Hellmann, Berlin
KHG Karl-Heinz Gerschmann, Münster
KHL Karl-Heinz Lembeck, Würzburg
KJG Klaus-Jürgen Grün, Frankfurt a.M.
KK Klaus Kahnert, Bochum
KRL Karl-Reinhard Lohmann, Witten
KS Kathrin Schulz, Würzburg
KSH Klaus Sachs-Hombach, Magdeburg
LG Lutz Geldsetzer, Düsseldorf
LR Leonhard Richter, Würzburg
MA Mauro Antonelli, Graz
MB Martin Beisler, Gerbrunn
MBI Marcus Birke, Münster
MBO Marco Bonato, Tübingen
MD Max Deeg, Cardiff
MDB Matthias Bloch, Bochum
ME Michael Esfeld, Münster
MFM Martin F. Meyer, Koblenz/Landau
MK Matthias Kunz, München
MKL Martin Kleinsorge, Aachen
MKO Mathias Koßler, Mainz
ML Mark Lekarew, Berlin
MLE Michael Leibold, Würzburg
MM Matthias Maring, Karlsruhe
MN Marcel Niquet, Frankfurt a.M.
MQ Michael Quante, Köln
MR Mathias Richter, Berlin
MRM Marie-Luise Raters-Mohr, Potsdam
MS Manfred Stöckler, Bremen
MSI Mark Siebel, Hamburg
MSP Michael Spang, Ellwangen
MSU Martin Suhr, Hamburg
MW Markus Willaschek, Münster
MWÖ Matthias Wörther, München
NM Norbert Meuter, Berlin
OB Oliver Baum, Bochum
OFS Orrin F. Summerell, Bochum
PE Peter Eisenhardt, Frankfurt a.M.
PCL Peter Ch. Lang, Frankfurt a.M.
PK Peter Kunzmann, Jena
PN Peter Nitschke, Vechta
PP Peter Prechtl †
RD Ruth Dommaschk, Würzburg
RDÜ Renate Dürr, Karlsruhe
RE Rolf Elberfeld, Hildesheim
REW Ruth Ewertowski, Stuttgart
RH Reiner Hedrich, Gießen
RHI Reinhard Hiltscher, Stegaurach
RK Reinhard Kottmann, Münster
RL Rudolf Lüthe, Koblenz
RLA Rolf-Jürgen Lachmann, Berlin
RM Reinhard Mehring, Berlin
RP Roland Popp, Bremen
RS Regina Srowig, Würzburg
RTH Robert Theis, Strassen
RW Raymund Weyers, Köln
SD Steffen Dietzsch, Berlin
SIK Simone Koch, Bochum
SP Stephan Pohl, Dresden
SZ Snjezana Zoric, Würzburg
TB Thomas Bausch, Berlin
TBL Thomas Blume, Dresden
TF Thomas Friedrich, Mannheim
TG Thomas Grundmann, Köln
TH Thomas Hammer, Frankfurt a.M.
TK Thomas Kisser, München
TM Thomas Mormann, Unterhaching
TN Thomas Noetzel, Marburg
TP Tony Pacyna, Jena
TW Thomas Welt, Bochum
UB Ulrich Baltzer, München
UT Udo Tietz, Berlin
UM Ulrich Metschl, München/Leonberg
VG Volker Gerhardt, Berlin
VM Verena Mayer, München
VP Veit Pittioni, Innsbruck
VR Virginie Riant, Vechta
WAM Walter Mesch, Heidelberg
WB Wilhelm Baumgartner, Würzburg
WH Wolfram Hinzen, Bern
WJ Werner Jung, Duisburg
WK Wulf Kellerwessel, Aachen
WL Winfried Löffler, Innsbruck
WM Wolfgang Meckel, Butzbach
WN Wolfgang Neuser, Kaiserslautern
WP Wolfgang Pleger, Cochem/Dohr
WS Werner Schüßler, Trier
WST Wolfgang Struck, Erfurt
WSU Wolfgang Schulz, Tübingen
WvH Wolfram von Heynitz, Weiburg

Herausgegeben von Peter Prechtl (†) und Franz-Peter Burkard.

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