Zustandsgröße (Systemtheorie)

Zustandsgrösse

Die Beschreibung eines thermodynamischen Systems erfolgt mittels seiner "Zustandsgrössen" Druck p (in Pa {Pascal}), absolute Temperatur T (in K {Kelvin}), Volumen V (in m³) und Teilchenzahl n (in mol).

Diese Grössen sind nur abhängig vom momentanen Zustand des Systems und unabhängig von der Art der Zustandsänderung mit der dieser Zustand erreicht wurde. Z. bleiben konstant, wenn sich ein System im Gleichgewicht befindet. Im Gegensatz hierzu stehen die wegabhängigen Prozessgrössen wie beispielsweise die Volumenarbeit oder die abgegebene Wärmemenge eines Prozessschrittes.

Weiterhin lassen sich Z. in intensive und extensive Grössen einteilen; intensive Z. sind von der Grösse des Systems unabhängig (Druck, Temperatur), extensive dagegen grössenabhängig (Teilchenzahl, Volumen).

Experimentelle Befunde zeigen, daß die vier genannten Grössen nicht voneinander unabhängig geändert werden können. Den Zusammenhang zwischen den Z. eines Systems beschreiben sog. Zustandsgleichungen. Die meisten realen Systeme können nicht durch Zustandsgleichungen beschrieben werden, da zwischen deren Zustandsgrößen keine mathematische Beziehung formuliert werden kann. Bei Gasen sehr geringer Dichte hingegegen lässt sich ein solcher Zusammenhang unter bestimmten Bedingungen (geringer Druck, hohe Temperatur) näherungsweise beschreiben. Im einfachsten Fall erfolgt dies im Modell des idealen Gases mit der Zustandsgleichung:

pV = nRT (mit R: allgemeine Gaskonstante (8,13145 J/mol*K))

(weiteres Beispiel für eine Zustandsgleichung ist die Van-der-Waals-Gleichung)

Zustandsfunktionen wie die innere Energie U (thermodynamische Gesamtenergie) oder die Entropie S eines Systems sind allgemeinere thermodynamische Grössen; diese sind nur abhänig von den jeweiligen Z. und damit ebenfalls wegunabhänig.

--HPLC 00:46, 12. Mär 2004 (CET)