Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik Abitur
  3. 3 Thermodynamik
  4. 3.4 Hauptsätze der Thermodynamik
  5. 3.4.1 Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik
  6. Nullter Hauptsatz der Thermodynamik

Nullter Hauptsatz der Thermodynamik

Das Streben nach thermischem Gleichgewicht durch Temperaturausgleich ist charakteristisch für thermodynamische Systeme. Es wird heute oft als nullter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet, da diese Eigenschaft thermodynamischer Systeme Grundlage für viele Temperaturmessungen ist. Dieser Hauptsatz lautet:

Werden zwei thermodynamische Systeme (Körper) miteinander in Kontakt gebracht, so gleichen sich ihre Temperaturen in endlicher Zeit aus.

Die gleiche Temperatur bleibt auch nach der Trennung der Systeme erhalten, wenn keine Wärmeübertragung zwischen Systemen und Umgebung erfolgt.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Die Hauptsätze der Thermodynamik sind grundlegende Erfahrungssätze, die aus zahlreichen Beobachtungen und Messungen gewonnen wurden. Der Begriff "Hauptsatz" ist ein historischer Begriff, der zunächst nur für den ersten und zweiten Hauptsatz verwendet wurde. Verknüpfen doch diese beiden Hauptsätze der Thermodynamik durch ihre Allgemeingültigkeit die verschiedenen Teilgebiete der Physik miteinander.

Für einen axiomatischen Aufbau Thermodynamik als Teildisziplin ist der Begriff des thermischen Gleichgewichts (gleiche Temperatur) von zentraler Bedeutung. Gehen doch thermodynamische Systeme nach Vorgängen, die mit Zustandsänderungen verbunden sind, nach kurzer Zeit von selbst in einen thermischen Gleichgewichtszustand über. Das bedeutet, dass die Zustandsgrößen zeitunabhängig sind. Dieses Streben nach Temperaturausgleich wird daher heute oft als nullter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet.

Die Temperatur wird auch nach einer Trennung der Systeme beibehalten, wenn keine Wärmeübertragung zwischen Systemen und Umgebung erfolgt.
In Bild 1 ist der typische Verlauf der Temperaturen für zwei Körper dargestellt, die sich in engem Kontakt befinden. Während sich der kältere Körper erwärmt, verringert der wärmere Körper seine Temperatur solange, bis beide Körper die gleiche Temperatur haben.

Diese Eigenschaft thermodynamischer Systeme ist Grundlage für viele Temperaturmessungen. Dabei ist der eine Körper derjenige, dessen Temperatur gemessen werden soll und der andere ist das Thermometergefäß oder der Temperatursensor.
Für den Temperaturausgleich zwischen Thermometer und Körper ist eine bestimmte Zeit erforderlich. Erst nach dem Einstellen des thermischen Gleichgewichts sollte die Temperatur gemessen werden, da sonst ein größerer Messfehler entsteht.
Bei modernen Thermometern wird der Temperatursensor so klein gebaut, dass der Temperaturausgleich sehr schnell erfolgt und man bereits nach kurzer Zeit den richtigen Wert für die Temperatur ablesen kann. Das wird z. B. bei modernen Fieberthermometern genutzt.
Nicht immer ist allerdings eine Temperaturmessung durch einen direkten Kontakt zwischen Körper und Thermometer möglich. Für die Messung von sehr hohen Temperaturen, wie sie bei glühender Lava eines Vulkanausbruchs oder in der Schmelze von Metallen auftreten, müssen andere Verfahren verwendet werden, weil bei einem direkten Kontakt das Thermometer zerstört werden würde. In solchen Fällen kann man z.B. spektroskopische Eigenschaften nutzen.

  • Temperatur-Zeit-Diagramm für den Temperaturausgleich zweier Körper
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Nullter Hauptsatz der Thermodynamik." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/nullter-hauptsatz-der-thermodynamik (Abgerufen: 30. June 2025, 07:46 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Temperatur Erfahrungssätze
  • Gleichgewichtszustand
  • Temperaturmessungen
  • Thermisches Gleichgewicht
  • Hauptsatz
  • Hauptsätze der Wärmelehre
  • Hauptsätze der Thermodynamik
  • Thermometergefäß
  • Temperatursensor
  • Temperatur
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Robert Stirling

* 25.10.1790 in Cloag, Schottland
† 06.06.1878 in Galston, Schottland

ROBERT STIRLING war ein schottischer Pfarrer, der zusammen mit seinem Bruder JAMES, einem Mechaniker, mehrere Maschinen entwickelte und patentieren ließ. 1816 meldete er mit 26 Jahren sein erstes Patent an. Die Grundidee bestand darin, den heißen Wasserdampf der Dampfmaschine durch Luft als Arbeitsmittel zu ersetzen. Zwei Jahre später baute er den ersten Heißluftmotor, die als Antrieb für eine Wasserpumpe eingesetzt wurde und eine Leistung von 2 PS (1,5 kW) lieferte.
Die Entwicklung des Stirling-Motors erfolgte ohne Kenntnis der thermodynamischen Grundlagen und ist eine geniale Ingenieurleistung.
Mitte des 19. Jahrhunderts erreichten Heißluftmotoren einen höheren Wirkungsgrad als Dampfmaschinen und wurden in größerer Zahl als Industriemotoren verwendet. Eine Verbreitung von Heißluftmotoren wurde vor allem durch das Fehlen geeigneter Materialien zur Herstellung der Zylinderköpfe und den Abdichtungen zwischen Gasraum und Getriebeteil verhindert.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, auch 2. Hauptsatz der Wärmelehre genannt, macht eine Aussage über die Richtung der Energieübertragung bei Vorgängen in Natur und Technik: Wärme geht niemals von selbst von einem Körper niederer Temperatur zu einem Körper höherer Temperatur über. Dieses Gesetz wurde von dem deutschen Physiker ROBERT CLAUSIUS (1822-1888) entdeckt. Für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gibt es eine Reihe von gleichwertigen Formulierungen. In einer sehr kurzen Form lautet er:
Ein Perpetuum mobile 2. Art ist unmöglich.

Grundgleichung der Wärmelehre

Unter der Bedingung, dass keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt, gilt für die einem Körper zugeführte oder von ihm abgegebene Wärme:

Q = c ⋅ m ⋅ Δ ϑ oder Q = c ⋅ m ⋅ Δ T c spezifische Wärmekapazität m Masse des Körpers Δ ϑ ,   Δ T Temperaturänderung des Körpers

Die Stoffkonstante spezifische Wärmekapazität, insbesondere die von Wasser, hat erhebliche Bedeutung für Natur und Technik, da in Wasser eine erhebliche Wärme gespeichert und mit ihm transportiert werden kann.

Temperatur und Teilchenbewegung

Alle Stoffe bestehen aus Teilchen (Atomen, Molekülen), die sich unterschiedlich schnell bewegen. Die Heftigkeit der Teilchenbewegung hängt vom Aggregatzustand und von der Temperatur ab. Dabei gilt:
Je höher die Temperatur eines Körpers ist, desto heftiger bewegen sich die Teilchen des Stoffes, aus dem der Körper besteht. Die quantitativen Zusammenhänge erhält man durch die Verknüpfung der Grundgleichung der kinetischen Gastheorie mit der Zustandsgleichung des idealen Gases. Zwischen der Temperatur des idealen Gases und seiner kinetischen Energie bzw. Geschwindigkeit bestehen folgende Zusammenhänge:

E ¯ k i n = 3 2   k ⋅ T oder 1 2 m ⋅ v 2 ¯ = 3 2   k ⋅ T

Die Wärme

Die Wärme ist eine relativ komplizierte physikalische Größe, deren Wesen erst im Laufe vieler Jahrzehnte geklärt werden konnte. Heute kann man klar definieren: Die Wärme gibt an, wie viel thermische Energie von einem Körper auf einen anderen Körper übertragen wird.

 Formelzeichen:Q
 Einheit:ein Joule (1 J)

Die Wärme ist wie die mechanische Arbeit eine Prozessgröße, da sie den Prozess der Energieübertragung zwischen Körpern beschreibt.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025