Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik

Abstract

Die Wärme ist das Sichwiederherstellen der Materie in ihrer Formlosigkeit, ihre Flüssigkeit der Triumph ihrer abstrakten Homogenität über die spezifischen Bestimmt-heiten; ihre abstrakte, nur an sich seiende Kontinuität als Negation der Negation ist hier als Aktivität gesetzt. Friedrich Hegel (1770-1831) Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik bringt das Prinzip von der Erhaltung der Energie zum Ausdruck. Die Anwendung dieses Grundsatzes führt dazu, Energieformen, nämlich innere Energie und Wärme, zu definieren, die in der Mechanik nicht vorkommen. In dieser Hinsicht erweitert die Thermodynamik den in der Mechanik behandelten Kreis von Erfahrungstatsachen, so dass sie zu einer allgemeinen Energielehre wird, wenn man auch elektrische, chemische und nukleare Energien einschließt. 2.1 Der 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme Wir behandeln zunächst den Energiesatz der Mechanik und formulieren dann den 1. Hauptsatz der Thermodynamik als allgemeinen Energieerhaltungssatz. Wir führen die innere Energie als Zustandsgröße eines Systems ein. Mit den Energieformen Arbeit und Wärme, die Energien beim Übergang über die Systemgrenze bezeichnen, lässt sich schließlich die Energiebilanzgleichung für ein geschlossenes System aufstellen. 2.1.1 Mechanische Energien Bevor wir den 1. Hauptsatz der Thermodynamik als einen allgemeinen Ener-giesatz formulieren, führen wir den Energiebegriff an einem einfachen Beispiel aus der Mechanik ein, nämlich an der Bewegung eines Massenpunkts in einem Kraftfeld. Sie lässt sich durch zwei Vektoren beschreiben, den Ortsvektor r und den Impuls I, Abb. 2.1. Der Impuls hängt mit der Geschwindigkeit c des Massenpunkts und seiner Masse m durch die einfache Gleichung I = m c = m (dr/dτ)