Zustand (Thermodynamik)


Zustand (Thermodynamik)

Der Zustand eines Systems in der Thermodynamik wird durch die Angabe aller für die Abgrenzung zu anderen Zuständen notwendigen Zustandsgrößen charakterisiert.

Zustandsgrößen sind unter anderem Druck, Volumen, Temperatur, Stoffmenge. Diese Größen werden nach extensiv (mengenabhängig) und intensiv (nicht mengenabhängig) unterschieden.

Die einzelnen Zustände werden häufig in ein Phasendiagramm eingetragen. Dabei entspricht (je nach Auftragung) meist ein einzelner Punkt einem Zustand im Zustandsraum, manchmal gehören jedoch auch alle Punkte einer Phasenlinie oder Fläche zu einem einzigen Zustand.

In der statistischen Mechanik gibt es eine Unterscheidung zwischen Mikrozustand und Makrozustand. Beim Mikrozustand werden die Orte und Impulse aller Teilchen angegeben, der Mikrozustand entspricht also einem Punkt im Phasenraum. Der Makrozustand hat dann die gleiche Bedeutung wie oben für Zustand beschrieben, es ist also eine Angabe über Mittelwerte wie Temperatur, Druck und Dichte. Zu einem Makrozustand gehören alle die Mikrozustände, die mit den angegebenen Zustandsgrößen verträglich sind.

Beispiel mit Münzen
KZKKZZKK ist ein spezieller Mikrozustand, 5x K und 3x Z ist dann der Makrozustand. Es gibt $ {8 \choose 3}=56 $ Mikrozustände, die zu diesem Makrozustand gehören. Die Zahl ergibt sich dabei aus der Kombinatorik als Permutation von Objekten zweier Klassen (Z,K) unter Beachtung der Reihenfolge.

Siehe auch