Zustands- und Prozessgrößen

Physikalische Größen kann man danach unterscheiden, ob sie den Zustand eines Körpers bzw. eines Systems oder ob sie einen Vorgang bzw. Prozess kennzeichnen.

Zustandsgrößen

Größen, die die augenblicklichen Lage oder Beschaffenheit eines Stoffes oder eines chemischen Systems kennzeichnen, bezeichnet man als Zustandsgrößen . Beispiele für Zustandsgrößen sind das Volumen V eines Gases, die Masse m eines Stoffs, Druck p und Temperatur T in einem System.
Aus Volumen, Druck und Temperatur lassen sich in heterogenen Systemen ableitbare Zustandsgrößen erstellen. Das sind z. B. Enthalpie H, Entropie S und spezifische Wärmekapazität c. Sie werden auch Zustandsfunktionen genannt. Sie beschreiben, auf welche Weise der Zustand eines Systems erreicht wurde.

Das kann an dem Beispiel zweier Wanderer anschaulich gemacht werden, die einen Berg besteigen wollen. Die Wanderer starten in Höhe des Meeresspiegels (0 m) und der Gipfel befindet sich in 1 000 m Höhe. Wanderer A nimmt Weg 1, Wanderer B wählt Weg 2 zum Gipfel des Bergs. Die zurückgelegte Höhendifferenz beträgt in beiden Fällen 1 000 m. Sie ist wegunabhängig und somit eine Zustandsfunktion. Die Gesamtlänge des zurückgelegten Wegs ist allerdings abhängig vom jeweils eingeschlagenen Weg. Sie ist eine Prozessgröße.

Prozessgrößen

Solche Größen, die einen Vorgang bzw. einen Prozess kennzeichnen, nennt man Prozessgrößen. Beispiele für solche Prozessgrößen sind die Wärme Q oder die Arbeit W.
Es existieren nur zwei Möglichkeiten die Energie eines geschlossenen Systems zu ändern: entweder durch Zufuhr bzw. Abgabe von Wärme oder durch das Verrichten von Arbeit.

Wärme Q ist ein Energietransfer, der aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem System und seiner Umgebung entsteht.
Zum Beispiel erhöht sich die Temperatur eines Stoffs durch Zufuhr von Wärme.
Bei der Wärmeübertragung unterscheidet man grundsätzlich zwischen der Abgabe und Aufnahme von Wärme durch das System: Prozesse, bei denen Wärme vom System an die Umgebung abgegeben wird, werden exotherme Prozesse genannt. Bei endothermen Prozessen wird der Umgebung dagegen Wärme entzogen.

Arbeit W ist ein Energietransfer, der benutzt werden kann, um z. B. ein Gewicht in der Umgebung des Systems zu bewegen.
Bei der Arbeit wird durch eine Kraft ein Körper bewegt oder verformt.
Wird Arbeit gegen eine konstante äußere Kraft verrichtet, verringert sich die Energie des Systems, da es Arbeit an der Umgebung geleistet hat. Die Bestimmung der Arbeit erfolgt durch die Messung der Zustandsgrößen Druck, Weg und Fläche.