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Ein Teilchen, oder auch ein ganzes
System von Teilchen, befindet sich im Gleichgewicht, falls sich "nichts" mehr
ändert. |
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Bei einem klassischen
"System" aus nur einem Teilchen ("Massenpunkt") herrscht
Gleichgewicht, falls sich das Teilchen im Minimum der potentiellen Energie
befindet und jede Bewegung durch Reibung beendet ist. |
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"Treibende
Kraft" in Richtung Gleichgewicht ist dabei die Minimierung der
Energie. |
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Systeme vieler miteinander wechselwirkender mikroskopischer
Teilchen müssen durch geeignete makroskopische (meßbare)
Größen oder Zustandsvariablen
beschrieben werden, die das System hinreichend charakterisieren. |
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Zustandsvariable sind
beispielsweise:
- Temperatur
- Druck
- Teilchenzahl
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Im umfassenden thermodynamischen Gleichgewicht ändern sich
diese Zustandsvariablen nicht mehr. |
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Treibende Kraft in Richtung Gleichgewicht ist
nicht nur die Minimierung der Energie, sondern auch die Maximierung von
"Unordnung". |
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Thermisches Gleichgewicht bedingt dieselbe
Temperatur T, mechanisches
Gleichgewicht denselben Druck p überall im System. |
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Mechanisches und thermisches
und chemisches Gleichgewicht
= thermodynamisches Gleichgewicht
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Chemisches Gleichgewicht bedeutet, dass sich die
Teilchenzahlen ni nicht mehr ändern. |
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Beispiele:
- Zwei Gase mischen sich bis die (mittlere) Teilchenzahl überall
dieselbe ist.
- Salz löst sich in Wasser - bis "Sättigung", d.h.
chemisches Gleichgewicht erreicht ist. Die Zahl der gelösten Ionen
ändert sich nicht mehr.
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Ein "Teilchen" kann dabei vielerlei
sein, z.B. ein Atom, Ion oder Molekül; aber auch ein Elektron, Photonen,
Phonon, Defektelektron (= "Loch"), usw. |
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Der Begriff chemisches Gleichgewicht ist deshalb etwas
mißdeutig; besser wäre "Teilchenzahlgleichgewicht". |
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Was wir brauchen ist ein thermodynamisches Potential F =
F(Zustandsvariablen) in Analogie zum rein mechanischen
Potential. |
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Gleichgewichtsbedingung für thermodynamisches
Gleichgewicht:
| DF |
= |
¶F
¶n1 |
· Dn1
+ |
¶F
¶n2 |
· Dn2
+ |
¶F
¶n2 |
· Dn3 +
..... |
= 0 |
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Thermodynamisches Gleichgewicht liegt dann vor,
falls F ein Minimum hat |
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Das Gleichgewicht in einem Systeme
vieler Teilchen ist ein dynamisches
Gleichgewicht. |
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Nur makroskopisch ändert sich nichts, mikroskopisch kann es trotzdem große
Änderungen geben, die sich aber (im Mittel) exakt kompensieren. |
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Beispiele:
- Salzauflösung: Zahl der Na+ Ionen die in Lösung
gehen = Zahl der Na+ Ionen, die sich am Kristall binden.
- Girokonto: Abhebungen = Einzahlungen.
- Strom: Elektronenfluß nach rechts = Elektronenfluß nach links.
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© H. Föll (MaWi 1 Skript)
