Thermodynamische Grundlagen

4.4
Bindungscharakter und Bewegung
• Allen bindenden Potentialen gemein:
• In der Nähe des Gleichgewichtsabstandes harmonische Näherung möglich ! Schwingungen wie im harmonischen Oszillator
Igor-Beispiel!
• gilt auch für Drehungen
• Dynamikrechnungen
Teil II
Thermodynamische Grundlagen
• Uns interessiert auch die Funktion der biologischen Strukturen, zum
Beispiel der Enzyme
• Die Strukturen nehmen Einfluss auf chemische Reaktionen
• Die Beschreibung chemischer Reaktionen ist Gegenstand der Thermodynamik, die sich mit dem Verhalten von Vielteilchensystemen beschäftigt
• Thermodynamik beschreibt ganz allgemein das Verhalten von Systemen mit sehr vielen Teilchen
• Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung spielen eine große Rolle
• In der Thermodynamik betrachtet man Systeme und deren Umgebung
• Ein offenes System kann Energie und Teilchen mit der Umgebung austauschen
• Ein geschlossenes System kann nur Energie mit der Umgebung austauschen
• Ein abgeschlossenes System tauscht weder Teilchen noch Energie mit
der Umgebung aus
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5
Zustandsgrößen und Zustandsgleichungen
• Zustandsgrößen sind Größen, die den Zustand eines Systems beschreiben (zu einem bestimmten Zeitpunkt direkt messbar): T , p, V und so
weiter
• extensive Zustandsgrößen: sind proportional zur Größe des Systems,
z.B. Stoffmenge n und Volumen V
Vges = V1 + V2
• intensive Zustandsgrößen: nicht von der Größe des Systems abhängig,
z.B. Druck p und Temperatur T
Tges = T1 = T2
• Zustandsgleichungen verknüpfen Zustandsgrößen miteinander, gelten
zu jedem Zeitpunkt unabhängig vom Prozess
• Zum Beispiel Zustandsgleichung des idealen Gases
pV = nRT
• Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie der
Teilchen
f
Ekin = N kT
2
6
Hauptsätze der Thermodynamik: Energie und
Entropie
6.1
Erster HS der Thermodynamik
• Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist Ausdruck des Energieerhaltungssatzes der Mechanik:
dU = Q + W
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• Die Änderung des Energieinhaltes eines Systems ohne Stoffaustausch
kann durch Zu-/Abfuhr von Wärme Q bzw. mechanischer Arbeit W
erfolgen
• Wird die Arbeit reversibel geleistet (Volumenarbeit), so gilt
Wrev =
6.2
pdV
Zweiter HS der Thermodynamik
• Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik hat keine Entsprechung in
der Mechanik, er trifft eigentlich eher Wahrscheinlichkeitsaussagen
• Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist mit einer weiteren Zustandsgröße, der Entropie S, verknüpft, die definiert ist über:
dS =
Qrev
T
• Man könnte auch schreiben
Qrev = T dS
was ganz ähnlich aussieht wie der Zusammenhang für die reversible
Arbeit
• Der 2. HS besagt nun, dass in einem abgeschlossenen System die Entropie niemals abnehmen kann, also gilt:
dS
0
• Die statistische Interpretation der Entropie ist einiges anschaulicher
S = k ln ⌦
• Dabei ist ⌦ die Zahl der möglichen Mikrozustände des Systems bei
einem gegebenen Makrozustand
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