Zustandsgröße
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Einordnung: Thermodynamik | Stellarphysik
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Eine Zustandsgröße ist eine physikalische Größe (Parameter) in einer Zustandsgleichung, die nur vom momentanen Zustand des betrachteten physikalischen Systems abhängt und daher vom Weg, auf dem dieser erreicht wurde, unabhängig ist (siehe auch Zustandsänderung). Sie beschreibt also eine Eigenschaft des Systems in diesem Zustand. Beispielsweise ist die Menge Bier in einem Glas eine Zustandsgröße.
Im Gegensatz hierzu stehen die wegabhängigen Prozessgrößen wie beispielsweise die Volumenarbeit oder die abgegebene Wärmemenge eines Prozessschrittes. Beispielsweise ist die Menge Bier, die im Laufe eines Abends aus dem Bierglas getrunken wurde, eine Prozessgröße.
Zustandsgrößen in der Thermodynamik
In der Thermodynamik erfolgt die Beschreibung eines Systems mittels seiner Zustandsgrößen Druck p, (absolute) Temperatur T, Volumen V und Teilchenzahl N bzw. der Stoffmenge n. Zustandsgrößen bleiben konstant, wenn sich ein System im Gleichgewicht befindet.
Weiterhin lassen sich Zustandsgrößen in intensive und extensive Größen einteilen; intensive Zustandsgrößen sind von der Größe des Systems unabhängig (Druck, Temperatur), extensive dagegen größenabhängig (Teilchenzahl, Volumen). Im Bierglas-Beispiel: Die Biermenge im Glas ist eine extensive Größe, da zwei Gläser die doppelte Menge Bier enthalten. Die Temperatur des Bieres hingegen ist eine intensive Größe, da zwei Gläser Bier nicht doppelt so warm sind wie ein einzelnes.
Experimentelle Befunde zeigen, dass die vier genannten Größen nicht voneinander unabhängig geändert werden können. Den Zusammenhang zwischen den Zustandsgrößen eines Systems beschreiben 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 hingegen 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:
- <math>pV = nRT<math> (mit R: allgemeine Gaskonstante (8,13145 J/(mol · K)))
Ein 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 abhängig von den jeweiligen Zustandsgrößen und damit ebenfalls wegunabhängig.
Zustandsgrößen in der Astrophysik
In der Astrophysik charakterisieren Zustandsgrößen u.a. Sterne, indem beispielsweise ihre Oberflächentemperatur, Schwerebeschleunigung an der Oberfläche, Leuchtkraft, Masse und Radius betrachtet werden.
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