1、DEUTSCHE NORM Dezember 1993 DK 536.7 : 003.62 : 001.4 : 53.081 I Thermodynamik Grundbegriffe DIN - 1345 Thermodynamics; terminology 1 Grundlagen 1.1 System Ein System ist im Sinne der Thermodynamik ein makro- skopisches System. 1.2 Phase Eine Phase ist jeder homogene Teil eines SyStemS. 1.3 Homogene
2、s, heterogenes, kontinuierliches und inhomogenes System Ein h o m o g e n e s S y s te m ist ein Einphasensy- stem, ein h e t e r o g e n e s (oder diskontinuierliches) S y s te m ein Mehrphasensystem. Ein ko n t i n u i e r I i c h es System baut sich aus Raumelementen auf, die sich wie infinitesim
3、ale Phasen verhalten (Beispiel: System im Schwerefeld der Erde oder in einer Zentrifuge). Ein inhomogenes System ist entweder ein heterogenes oder ein kontinuierliches System. 1.4 Bereich Ein B e r e i c h ist entweder eine Phase oder ein Raum- element eines kontinuierlichen Systems. 1.5 Einfacher B
4、ereich und einfaches System Ein e i n f a c h e r B e r e i c h ist ein isotroper Bereich ohne Elektrisierung, Magnetisierung und Grenzflchener- scheinungen. Ein einfaches System isteinSystem,dasaus einfachen Bereichen besteht. 1.6 Wechselwirkungen We c h s e I w i r k u n g e n zwischen System und
5、Umgebung bestehen generell in Stoffaustausch (Materie- austausch), Verrichtung von Arbeit und Zufuhr oder Abgabe von Wrme (Wrmeaustausch). Ein System heit o f f e n bei beliebiger Wechselwirkung mit der Umge- bung, g e s c h I o s s e n bei fehlendem Stoffaustausch, t h e r m i s c h i s o I i e r t
6、 bei fehlendem Stoff- und Wrmeaustausch, a b g e s c h I o s s e n bei keinerlei Wechselwirkung mit der Umgebung. Ersatz fr Ausgabe 09.75 und DIN 1334610.79 Demnach ist ein thermisch isoliertes System ein geschlossenes System ohne Wrmeaustausch, ein abge- schlossenes System ein thermisch isoliertes
7、System, an dem oder von dem keine Arbeit verrichtet wird. 1.7 Zustandsgren Die das makroskopische Verhalten eines Systems oder Bereiches beschreibenden Gren werden Z u s t a n d s g r e n genannt. Feste Werte dieser Gren entsprechen einem bestimmten Zustand des Systems oder Bereiches. Zustandsgren s
8、ind entweder uere Zustandsgren wie Lagekoordinaten in ueren Kraftfeldern (etwa im Schwerefeld der Erde), makroskopi- sche Geschwindigkeiten von Systemen oder Systemtei- len, davon abhngige Gren wie die makroskopische potentielle Energie und die makroskopische kinetische Energie oder innere Zustandsg
9、ren wie der Druck, das Volumen, die Temperatur und die innere Energie. Nicht alle inneren Zustandsgren sind voneinander unabhngig. Werden beispielsweise zur Beschreibung des inneren Zustandes eines einfachen Bereiches die Temperatur, der Druck und die Massen oder Stoffmengen der im Bereich enthalten
10、en Stoffe als unabhngige Varia- ble gewhlt, so sind das Volumen und die innere Energie Funktionen dieser Variablen. Zustandsnderungen knnen sowohl durch Wechselwir- kungen mit der Umgebung (siehe Abschnitt 1.6) als auch durch Vorgnge (Prozesse) im Inneren des Systems oder Bereiches hervorgerufen wer
11、den. Diese Vorgnge sind irreversible (wirkliche) Prozesse wie chemische Reaktio- nen, Relaxationsphnomene und Transportvorgnge. Die nderungen von Zustandsgren sind bei festen Anfangs- und Endzustanden unabhngig vom Verlauf der Zustandsnderungen. Eine infinitesimale Zunahme einer Zustandgre, etwa des
12、 Druckes, des Volumens oder der Energie, ist daher ein vollstndiges Differential. 1.8 Prozegren Gren wie Arbeit und Wrme werden als P r o z e - g r e n bezeichnet. Sie sind keine Zustandsgren. Ihre Werte hngen vielmehr vom speziellen Verlauf der Zustandsnderung und deren Realisierung durch Wech- sel
13、wirkungen zwischen System und Umgebung ab. Eine infinitesimale Arbeit oder infinitesimale Wrme stellt mit- hin ein unvollstndiges Differential dar. Fortsetzung Seite 2 bis 6 Normenausschu Einheiten und Formelgren (AEF) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V _ einverkauf der Normen durch Beuth Verl
14、ag GmbH, 10772 Berlin 12.93 DIN 1345 Dez 1993 PreisgL 7 Vertc-Nr. 0007 Seite 2 DIN 1345 1.9 Intensive Gren Eine i n t e n s i v e G r e ist eine Zustandsgre, die unabhngig vom Quantum der Stoffportion (siehe DIN 32 629) des zugehrigen Systems ist. Sie hat inner- halb eines homogenen Systems berall d
15、enselben Wert, whrend sie bei einem kontinuierlichen System eine ste- tige Ortsfunktion darstellt. Beispiele sind der Druck, die Dichte, die Temperatur, die elektrische Feldstrke und das chemische Potential (siehe Abschnitt 4.2). 1.1 O Extensive Gren Eine e x t e n s i v e G r e ist eine Zustandsgre
16、, die vom Quantum der Stoffportion des zugehrigen Systems abhngt. Werden die Massen oder Stoffmengen der in einem Bereich vorkommenden Stoffe bei konstan- ten intensiven Gren vervielfacht, so vervielfachen sich alle extensiven Gren des Bereiches in gleichem Ma. Eine extensive Gre eines Bereiches ist
17、 also eine homo- gene Funktion ersten Grades in den Massen oder Stoff- mengen. Generell ist eine extensive Gre irgendeines Systems gleich der Summe der extensiven Gren der makroskopischen Teilsysteme, in die das gegebene System unterteilt werden kann. Beispiele sind das Volu- men, die Masse, das ele
18、ktrische Moment, die Energie und die Entropie. Bei kontinuierlichen Systemen ist die extensive Gre des Gesamtsystems (z. B. die Masse) gleich dem Integral ber das Produkt aus lokaler volumenbezogener Gre (z. B. lokaler Dichte) und Volumenelement (ber volumen- bezogene Gren siehe Abschnitt 7.4). 1.1
19、1 Konservative und Bei einer beliebigen Zustandsnderung gilt fr die Zunahme AZ einer extensiven Gre Z eines Systems die Zerlegung Hierin bedeutet A,Z die Zunahme der Gre Z infolge von Wechselwirkungen (Materieaustausch, Verrichtung von Arbeit, Wrmeaustausch) mit der Umgebung (Index e von extern), wh
20、rend AiZ die Zunahme der Gre Z durch Vorgnge (irreversible Prozesse) im Inneren des Systems darstellt (Index i von intern). Eine extensive Gre Z, fr die AiZ = O gilt (keine ,Erzeugung“ oder ,Vernichtung“ der Gre im Inneren des Systems), heit konservative Gre. Sie unterliegt einem Erhaltungssatz. Aus
21、 Gleichung (1) folgt Beispiele sind die (Gesamt-)Masse und die (Gesamt-) Energie des Systems. Konservative Gren ndern sich also nur durch Wechselwirkungen mit der Umgebung. Ein abgeschlossenes System ist nach Gleichung (1) durch die Bedingungen A,Z= O, AZ = AiZ (abgeschlossenes System) (3) gekennzei
22、chnet. Damit wird fr eine konservative Gre in einem abge- schlossenen System abgeleitet (siehe Gleichung (2): AZ = O, Z = const (konservative Gre, nicht-konservative Gren AZ= A,Z+ AiZ. (1 1 AiZ = O, AZ = A,Z(konservative Gre). (2) abgeschlossenes System). (4) Insbesondere sind die (Gesamt-)Masse und
23、 die (Gesamt-) Energie eines abgeschlossenen Systems konstant. Die Masse bleibt bereits bei einem geschlossenen System (siehe Abschnitt 1.6) unverndert. Generell kann sich nmlich im nichtrelativistischen Fall die Masse nur durch Stoffaustausch mit der Umgebung, die Energie aber auch durch Verrichtun
24、g von Arbeit und Wrmeaustausch (siehe Abschnitt 3.1) ndern. Eine extensive Gre, fr die AiZ # O gilt, wird n i c h t - k o n s e r v at i v e G r e genannt. Fr eine solche Gre findet man aus Gleichung (3) im Falle eines abge- schlossenen Systems AZZ O. Ein Beispiel fr eine nicht-konservative Gre ist
25、die Masse oder Stoffmenge einer chemisch reagierenden Teilchenart. Hier gibt es eine Erzeugung (AiZ O) oder Vernichtung (AiZ O) gibt. 2 Temperatur 2.1 Thermodynamische Temperatur Die Tem pe rat u r oder the r m ody n am i sc h e Te m p e r a t u r (Formelzeichen: T) eines Bereiches ist vereinbarungs
26、gem eine Basisgre mit der Basisein- heit Kelvin (Einheitenzeichen: K). Sie ist eine intensive Gre. Das Kelvin (K) wird definiert durch die Gleichung ltr 273,16 1 K=- (5) wobei T, die (thermodynamische) Temperatur des Tripel- punktes des Wassers ist. Dieser Tripelpunkt kennzeichnet das heterogene Gle
27、ichgewicht zwischen den drei Phasen Eis, flssiges Wasser, Wasserdampf; der zugehrige Druck ist etwa 0,6 kPa. Die (thermodynamische) Temperatur T ist die den Geset- zen der Thermodynamik zugrunde liegende physikali- sche Gre. Deshalb sollte nur diese Temperatur in Gr- engleichungen benutzt werden. 2.
28、2 Celsius-Temperatur Die Ce Is i u s-Te m pera t u r (Formelzeichen: t oder der zugehrige Druck ist etwa 0,6 kPa. Die (thermodynamische) Temperatur T ist die den Geset- zen der Thermodynamik zugrunde liegende physikali- sche Gre. Deshalb sollte nur diese Temperatur in Gr- engleichungen benutzt werde
29、n. 2.2 Celsius-Temperatur Die C e I s i u s -Te m p e r at u r (Formelzeichen: t oder 9) ist definiert durch die Gleichung t= T- TO (6) mit To = 273,l 5 K, (7) stellt also die Differenz zwischen der jeweiligen (thermo- dynamischen) Temperatur T und der festen Bezugstem- peratur To dar. Bei Angabe de
30、r Celsius-Temperatur wird der Einheiten- name Grad Celsius (Einheitenzeichen: OC) als besonde- rer Name fr das Kelvin benutzt. Von der Temperatur des Tripelpunktes des Wassers zu unterscheiden ist die Temperatur des Eispunktes. Der Eispunkt kennzeichnet das heterogene Gleichgewicht zwischen den drei
31、 Phasen Eis, luftgesttigtes flssiges Wasser, wasserdampfgesttigte Luf beim Normdruck 1 01,325 kPa. (Die flssige und gasfrmige Phase sind hier Mischphasen.) Die bei der Definition der Celsius-Temperatur benutzte Bezugstemperatur To = 273,15 K, entsprechend der Cel- sius-Temperatur OOC, ist innerhalb
32、der heute bectehen- den Meunsicherheit gleich der Temperatur des Eispunk- tes. Demgegenber hat die Temperatur T, des Tripel- punktes des Wassers den Wert 273,16 K, entsprechend der Celsius-Temperatur 0,Ol OC. DIN1 DIN 1345 93 2794442 0375LLb YB von den Arbeitskoeffi- zienten Ai (bei einfachen Bereic
33、hen vom Druck p) sowie von der Zusammensetzung des Bereiches abhngen. (SI-Einheit fr Mk und M: kg/moi). 7.2 Massenbezogene Gren Der Quotient z = Z/m (49) heit massenbezogene oder spezifi- s c h e G r e. Beispiele sind das spezifische Volu- men zi (SI-Einheit: m3/kg), das gleich dem reziproken Wert d
34、er Dichte e (SI-Einheit: kg/m3) ist, weiterhin die spezifische Enthalpie h (SI-Einheit: J/kg), die spezifische Entropie s (SI-Einheit: J K- kg-) und die spezifische Wrmekapazitt cv oder cp (SI-Einheit: J K- kg-). 7.3 Stoffmengenbezogene Gren Der Quotient Z, = Z/n = M z (50) wird stoffmengenbezogene
35、oder molare G r e genannt. Beispiele sind das molare Volumen V, (SI-Einheit: m3/mol), die molare Enthalpie H, (SI-Einheit: Jrnol), die molare Entropie S, (SI-Einheit: J K- mol-) und die molare Wrmekapazitt Cmv oder C, (SI-Einheit: J K- mol-). 7.4 Volumenbezogene Gren Der Quotient zv= z/v= e z = Z,/V
36、, (51 1 wird als volurnenbezogene Gre oder D i c h te d e r G r e Z bezeichnet. Beispiele sind die Dichte (Massendichte) (SI-Einheit: kg/m3), die Enthalpiedichte Hv (SI-Einheit: J/m3) und die Entropie- dichte Sv(SI-Einheit: J K- m-3). 7.5 Partielle Gren Der partielle Differentialquotient zk = (azAmk
37、) ,Ai, mi (52) (mit dem Index j fr alle Stoffe auer k) heit pa r- tielle massenbezogene oder partielle s p e z i f i s c h e G r e des Stoffes k. Beispiele sind das partielle spezifische Volumen zik (SI-Einheit: rn3/kg), die partielle spezifische Enthalpie hk (SI-Einheit: J/kg) und die partielle spe
38、zifische Entropie sk (SI-Einheit: J K- kg-). DIN1 DIN 1345 73 2794442 0375123 402 Seite 6 DIN 1345 Entsprechend heit der partielle Differentialquotient J/mol) und die partielle molare Entropie sk (SI-Einheit: J K- mol-). Nach den Gleichungen (27) und (53) ist das chemische Potential ,uk identisch mi
39、t der partiellen moia- ren Freien Enthalpie Gk (SI-Einheit: Jmoi). Aus den Gleichungen (22), (27) und (53) folgt zk=(az/ank)T,li,mj Mkzk (53) p art i e I I e s t o f f m e n g e n b e z o g e n e oder p a r t i e I I e m o I a re G r e des Stoffes k. Bei- spiele sind das partielle molare Volumen vk
40、(SI-Einheit: m3/moi), die partielle molare Enthalpie Hk (SI-Einheit: /ik= Hk - Tsk. (54) Zitierte Normen DIN 4896 Einfache Elektrolytlsungen; Formelzeichen DIN 13 345 DIN 32 629 Thermodynamik und Kinetik chemischer Reaktionen; Formelzeichen, Einheiten Stoffportion; Begriff, Kennzeichnung Frhere Ausg
41、aben DIN 1345: 10.38x, 07.59,02.69,01.72,09.75 DIN 5498: 02.69 DIN 13 346: 10.79 Anderungen Gegenber der Ausgabe September 1975 und DIN 13 346/10.79 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Beide Norm-Inhalte unter DIN 1345 zusammengefat. b) Inhalte vollstndig berarbeitet. Stichwortverzeichnis Affi
42、nitt 4.3 Arbeit 3.1 Bereich 1.4 Bereich, einfacher 1.5 Celsius-Temperatur 2.2 chemisches Potential 4.2 Dichte 7.4 Energie 3.1 Energie, innere 3.2 Energie, kinetische 3.2 Energie, potentielle 3.2 Enthalpie 3.3 Entropie 4.1 extensive Gre 1 .I O Freie Energie 4.4 Freie Enthalpie 4.4 Fundamentalgleichun
43、gen 4.5 Gibbs-Hauptgleichung 4.2 intensive Gre 1.9 Isentropenexponent 5.3 Kelvin (Einheit) 2.1 konservative Gre 1.1 1 massenbezogene Gre 7.2 molare Gre 7.3 Meunsicherheit 2.4 nicht-konservative Gre 1.1 1 partielle Gre 7.5 Phase 1.2 Potential, chemisches 4.2 Prozegre 1.8 Schallgeschwindigkeit 5.2 spe
44、zifische Gre 72 stoffmengenbezogene Gre 7.3 System 1.1 System, abgeschlossenes 1.6 System, diskontinuierliches 1.3 System, einfaches 1.5 System, geschlossenes 1.6 System, heterogenes 1.3 System, homogenes 1.3 System, inhomogenes 1.3 System, kontinuierliches 1.3 System, offenes 1.6 System, thermisch
45、isoliertes 1.6 Temperatur 2 Temperatur, Celsius- 2.2 Temperatur, thermodynamische 2.1 Temperaturdifferenz 2.3 Temperaturintervall 2.4 thermodynamische Temperatur 2.1 Toleranzbereich 2.4 volumenbezogene Gre 7.4 Wrme 3.1 Wrmekapazitt 5.1 Wechselwirkungen 1.6 Zustandsgren 1.7 Internationale Patentklassifikation G O9 F 007/00
