Statistische Physik und Thermodynamik · 2.Auflage by Grimus, Walter -- Read -- Imperial Library of Trantor

Index

Cover Titleseite Impressum Inhalt – Sommaire – Indice – Cuntegn – Contents Vorwort Liste der wichtigsten verwendeten Symbole und Abkürzungen Einleitung 1 Grundlagen der Statistischen Physik

1.1 Zustände in der Quantenmechanik

1.1.1 Zustände, Observable, Erwartungswerte 1.1.2 Beispiele für gemischte Zustände 1.1.3 Die Zeitentwicklung

1.2 Statistische Beschreibung eines Systems

1.2.1 Makroskopische Systeme 1.2.2 Der Gleichgewichtszustand eines makroskopischen Systems

1.3 Nichtwechselwirkende Teilchen in einem Kasten 1.4 Energieänderung eines makroskopischen Systems

1.4.1 Wärme und Arbeit 1.4.2 Verallgemeinerte Kräfte

1.5 Entropie und Temperatur

1.5.1 Gleichgewicht und Randbedingungen 1.5.2 Makroskopische Systeme im thermischen Kontakt 1.5.3 Quasistatische Änderungen der Energie 1.5.4 Definition des Wärmebads 1.5.5 Ideales Gas

1.6 Systeme im Kontakt mit der Umgebung

1.6.1 Wärmeaustausch 1.6.2 Wärme- und Teilchenaustausch

1.7 Übungsaufgaben

2 Thermodynamik

2.1 Die Hauptsätze der Thermodynamik 2.2 Absolute Temperaturskala, Einheiten und Naturkonstanten 2.3 Thermodynamische Potentiale

2.3.1 Definition von extensiven und intensiven Größen 2.3.2 Legendre-Transformationen und thermodynamische Potentiale 2.3.3 Maxwell-Relationen 2.3.4 Die kalorische Zustandsgleichung 2.3.5 Materialgrößen 2.3.6 Die Adiabatengleichung

2.4 Wärmemaschinen und Wärmereservoire

2.4.1 Der Wirkungsgrad 2.4.2 Die Carnot-Maschine 2.4.3 Der Wirkungsgrad eines allgemeinen Kreisprozesses 2.4.4 Die Curzon-Ahlborn-Maschine

2.5 Gleichgewichtsbedingungen

2.5.1 Gleichgewicht bei Austauschprozessen 2.5.2 Stabilitätsbedingungen 2.5.3 Chemische Reaktionen und Reaktionsgleichgewicht

2.6 Gleichgewicht zweier Phasen einer Substanz

2.6.1 Koexistenz zweier Phasen einer Substanz 2.6.2 Phasenübergang erster Ordnung 2.6.3 Die Clausius-Clapeyron’schen Gleichung 2.6.4 Die Dampfdruckkurve

2.7 Übungsaufgaben

3 Thermodynamik idealer und realer Gase

3.1 Das van der Waals-Gas

3.1.1 Die thermische Zustandsgleichung 3.1.2 Die freie Energie des van der Waals-Gases 3.1.3 Die Wärmekapazität bei konstantem Druck

3.2 Ideale Gase und die Adiabatengleichung 3.3 Freie Expansion eines Gases 3.4 Der Joule-Thomson-Effekt 3.5 Die Schallgeschwindigkeit

3.5.1 Berechnung der Schallgeschwindigkeit 3.5.2 Die Schallgeschwindigkeit in einem Gemisch von Gasen 3.5.3 Schallwellen und die mittlere freie Weglänge 3.5.4 Experimentelle Bestimmung der Gaskonstante

3.6 Ideale Gase und das Dalton’sche Gesetz 3.7 Reaktionsgleichgewichte idealer Gase

3.7.1 Chemisches Potential idealer Gase 3.7.2 Das Massenwirkungsgesetz

3.8 Verdampfung und Verdunstung

3.8.1 Die Dampfdruckkurve 3.8.2 Die Verdampfungswärme 3.8.3 Verdunstung

3.9 Übungsaufgaben

4 Methoden der Statistischen Physik

4.1 Zustandssummen und thermodynamische Potentiale

4.1.1 Mikrokanonische Zustandssumme 4.1.2 Kanonische Zustandssumme 4.1.3 Großkanonische Zustandssumme

4.2 Zusammenfassung: Statistik → Thermodynamik 4.3 Alternative Herleitung der Ensembles 4.4 Die klassische Näherung

4.4.1 Vorbetrachtungen 4.4.2 Zustandssummen in klassischer Näherung 4.4.3 Die klassische Näherung am Beispiel des idealen einatomigen Gases

4.5 Übungsaufgaben

5 Systeme von Teilchen ohne Wechselwirkung

5.1 Die Maxwell’sche Geschwindigkeitsverteilung 5.2 Die barometrische Höhenformel 5.3 Der Gleichverteilungssatz

5.3.1 Herleitung des Gleichverteilungssatzes 5.3.2 Einatomiges ideales Gas 5.3.3 Zweiatomiges ideales Gas 5.3.4 n-atomiges ideales Gas 5.3.5 Widersprüche zum Gleichverteilungssatz 5.3.6 Betrachtung zur Bedingung Gl. (5.16)

5.4 Das zweiatomige ideale Gas

5.4.1 Vorbetrachtungen 5.4.2 Vibrationen 5.4.3 Rotationen 5.4.4 Das Verhältnis von T υ zu T r

5.5 Ortho- und Parawasserstoff 5.6 Wärmekapazität eines Systems mit zwei Energieniveaus 5.7 Verdünnte Lösungen

5.7.1 Die freie Enthalpie von verdünnten Lösungen 5.7.2 Der osmotische Druck 5.7.3 Die Siedepunktserhöhung 5.7.4 Die Gefrierpunktserniedrigung 5.7.5 Die Dampfdruckerniedrigung 5.7.6 Das Henry’sche Gesetz

5.8 Ionisierung einatomiger idealer Gase 5.9 Festkörper: Wärmekapazität des Gitters

5.9.1 Normalschwingungen 5.9.2 Regel von Dulong-Petit 5.9.3 Das Verhalten von Cv für T → 0 5.9.4 Das Debye-Modell 5.9.5 Das Einstein-Modell und optische Phononen 5.9.6 Vergleich mit dem Experiment 5.9.7 Bemerkungen zur freien Energie und freien Enthalpie des Festkörpers

5.10 Ideale Spinsysteme: Paramagnetismus

5.10.1 Die Magnetisierung 5.10.2 Magnetische Momente von Ionen und Atomen

5.11 Adiabatische Entmagnetisierung

5.11.1 Die freie Energie der paramagnetischen Ionen im Kristall 5.11.2 Das Prinzip der Kühlung durch adiabatische Entmagnetisierung 5.11.3 Thermodynamik der adiabatischen Entmagnetisierung 5.11.4 Eine Näherung für χ(Τ, H) und CH(T, 0) 5.11.5 Beispiele für paramagnetische Salze

5.12 Ideale Quantengase

5.12.1 Die Besetzungszahlen 5.12.2 Der Limes kleiner Besetzungszahlen 5.12.3 Illustration des Unterschieds zwischen den Statistiken 5.12.4 Das freie ideale Quantengas 5.12.5 Das ultrarelativistische ideale Quantengas

5.13 Das Photonengas

5.13.1 Das chemische Potential der Photonen 5.13.2 Die Abzählung der Zustände 5.13.3 Die Strahlungsgesetze der Hohlraumstrahlung 5.13.4 Der Strahlungsdruck 5.13.5 Strahlungsleistung eines Hohlraums 5.13.6 Freie Energie und Entropie des Photonengases

5.14 Ideales Bose-Gas

5.14.1 Anzahl derTeilchen und Bose-Einstein-Kondensation 5.14.2 Die Energie des idealen Bose-Gases 5.14.3 Die Wärmekapazität 5.14.4 Bemerkungen zur Realisierung der Bose-Einstein-Kondensation im Experiment

5.15 Ideales Fermi-Gas

5.15.1 Zustandsdichte und Energiedichte 5.15.2 Der Limes T → 0 5.15.3 Entwicklung der Energiedichte nach der Temperatur 5.15.4 Die Wärmekapazität des idealen Fermi-Gases

5.16 Magnetische Eigenschaften des idealen Fermi-Gases

5.16.1 Der Pauli-Paramagnetismus 5.16.2 Magnetfelder und thermodynamische Potentiale 5.16.3 Das großkanonische Potential des idealen Fermi-Gases im Magnetfeld 5.16.4 Der Landau-Diamagnetismus 5.16.5 Der de Haas-van Alphen-Effekt

5.17 Para- und Diamagnetismus im Festkörper

5.17.1 Nichtmetall 5.17.2 Metall

5.18 Übungsaufgaben

6 Systeme von Teilchen mit Wechselwirkung

6.1 Reales Gas: Cluster- und Virialentwicklung

6.1.1 Die Clusterentwicklung 6.1.2 Die Virialentwicklung 6.1.3 Der Koeffizient B2(T)

6.2 Die van der Waals-Gleichung

6.2.1 Virialentwicklung und van der Waals-Gleichung 6.2.2 Alternative Herleitung der van der Waals-Gleichung

6.3 Der Phasenübergang gasförmig - flüssig

6.3.1 Der kritische Punkt 6.3.2 Die Druckkurve für Temperaturen unterhalb von Tc 6.3.3 Der Phasenübergang

6.4 Oberflächeneffekte bei der Dampfkondensation

6.4.1 Das Systems Flüssigkeitstropfen - Dampf 6.4.2 Die Kelvin-Gleichung 6.4.3 Der Druck in einer Dampffilase 6.4.4 Die Stabilität von Tropfen, in denen Salze gelöst sind

6.5 Zustandsgleichung eines Plasmas mit niedriger Dichte

6.5.1 Der Debye-Radius 6.5.2 Kalorische und thermische Zustandsgleichung des Plasmas

6.6 Der Ferromagnetismus

6.6.1 Die Austauschwechselwirkung 6.6.2 Das Heisenberg-Modell 6.6.3 Die Weiss’sche Näherung 6.6.4 Die Magnetisierung in der Weiss’schen Näherung 6.6.5 Ferromagnetische Materialien und Effekte 6.6.6 Die Grenzen der Weiss’schen Näherung

6.7 Übungsaufgaben

7 Annäherung an das Gleichgewicht

7.1 Mastergleichungen

7.1.1 Bilanzgleichungen 7.1.2 Magnetische Resonanz

7.2 Die Boltzmann-Gleichung

7.2.1 Vorbetrachtungen 7.2.2 Herleitung der Boltzmann-Gleichung 7.2.3 Der Gleichgewichtszustand eines verdünnten Gases 7.2.4 Lokale Gleichgewichtsverteilung 7.2.5 Die Relaxationszeitnäherung

7.3 Transportphänomene in Metallen

7.3.1 Annahmen und Voraussetzungen 7.3.2 Transportphänomene 7.3.3 Physikalische Interpretation der Resultate

7.4 Temperaturausgleich

7.4.1 Die Wärmeleitungsgleichung 7.4.2 Einfache Anwendungen der Wärmeleitungsgleichung

7.5 Übungsaufgaben

Lösungen der Übungsaufgaben Tabellen Literatur Stichwortverzeichnis

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