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* um 1620 Dijon
† 12.05.1684 Paris

Er war zunächst ein französischer Geistlicher, der sich später auch mit naturwissenschaftlichen und speziell mit physikalischen Problemen beschäftigte, unter anderem mit optischen Erscheinungen in der Atmosphäre sowie mit der Mechanik der Flüssigkeiten und Gase. Bekannt wurde er durch die Entdeckung des Gesetzes, das heute als Gesetz von BOYLE und MARIOTTE bezeichnet wird.

* 09.02.1846 in Heilbronn
† 29.12.1929 in Stuttgart

Er war ein deutscher Techniker, der wesentlichen Anteil an der Entwicklung von Verbrennungsmotoren hatte und gemeinsam mit DAIMLER den ersten für Fahrzeuge geeigneten schnell laufenden Verbrennungsmotor konstruierte.

Befindet sich ein Gas in einem abgeschlossenen Behälter, so übt es auf die Wände einen Druck aus. Aus kinetisch-statistischer Sicht kann man diesen Gasdruck als elastische Stöße einer Vielzahl von Teilchen deuten. Er ist umso größer, je größer die Teilchenanzahl in dem betreffenden Volumen und die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen ist. Aus der Grundgleichung der kinetischen Gastheorie folgt:

$p=\frac{2}{3}\cdot \frac{N}{V}\cdot {\overline{E}}_{\text{kin}}=\frac{1}{3}\cdot \frac{N}{V}\cdot m\cdot \overline{v^2}$

* 25.06.1864 in Briesen (Westpreußen)
† 19.11.1941 in Gut Ober-Zibelle (bei Bad Muskau)

WALTER HERMANN NERNST studierte Physik und machte sich um den Aufbau der Physikalischen Institute in Göttingen und eines physikalisch-chemischen Instituts in Berlin verdient. Zu seinen beachtlichen Leistungen zählen die Formulierung der NERNSTschen Gleichung von 1889, des NERNSTschen Verteilungssatzes von 1890/91 sowie des NERNSTschen Wärmesatzes, heute als der 3. Hauptsatz der Thermodynamik bekannt. NERNST starb im Alter von 77 Jahren.

Für die Versorgung eines Wohnhauses mit Strom, Warmwasser und Heizung ist ein beachtlicher Energieaufwand erforderlich. Häuser, bei denen aufgrund der Bauweise der Energieeinsatz je Quadratmeter Wohnfläche besonders niedrig ist, bezeichnet man als Niedrigenergiehäuser. Kennzeichnend für solche Häuser ist eine gute Wärmedämmung und eine intelligente Nutzung erneuerbarer Energieträger, insbesondere der Sonnenenergie. Neben Niedrigenergiehäusern gibt es auch Passivhäuser und Null-Energie-Häuser.

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.

Atome oder Moleküle lassen sich nicht mit einem Lineal vermessen oder auf eine Waage legen. Zur Ermittlungen der Abmessungen sind meist aufwändige Messanordnungen notwendig. Es gibt aber auch erstaunlich einfache Versuchsanordnungen, mit denen man atomare Größen abschätzen kann. Ein solches Experiment ist der Ölfleckversuch oder, wie auch formuliert wird, die Ölfleckmethode. Sie ermöglicht es, eine Abschätzung des Moleküldurchmessers von Öl vorzunehmen.

* 14.06.1832 in Holzhausen bei Nassau
† 26.01.1891 in Köln

Er war ein deutscher Ingenieur, entwickelte das 4-Takt-Prinzip für Gasmotoren und verbesserte es wesentlich. Gemeinsam mit E. LANGEN, G. DAIMLER und W. MAYBACH gründete er 1872 die Deutz AG.

Ozon ist ein Gas, dass sich in geringer Konzentration in Höhen von 15-30 km über der Erdoberfläche befindet. Es absorbiert den kurzwelligen Teil des ultravioletten Lichtes.
Seit geraumer Zeit beobachtet man eine Verdünnung dieser Ozonschicht und damit eine Verstärkung der schädlichen kurzwelligen Ultraviolettstrahlung. Von einem Ozonloch spricht man, wenn die schützende Ozonschicht so dünn ist, dass sich die Intensität der kurzwelligen UV-Strahlung gegenüber dem ursprünglichen Normalwert verdoppelt.

Ein Perpetuum mobile ( das sich ständig Bewegende) ist ein uralter Traum der Menschheit. Eine Maschine zu bauen, die ohne Energiezufuhr ständig Arbeit verrichtet, ist zu verlockend. Konstruktionen von Perpetuum mobile sind schon aus dem Mittelalter bekannt. Oftmals wurde versucht durch raffinierte Anordnungen von Ungleichgewichten an Rädern oder durch unsymmetrische endlosen Ketten „immerwährende“ Antriebe zu bauen.
In der Physik wird zwischen einem Perpetuum mobile 1. Art und 2. Art unterschieden.
Mit der Entdeckung des Energieerhaltungssatzes (des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik) und des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik wurde die wissenschaftlichen Begründung für die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile gegeben.
Obwohl längst wissenschaftlich begründet, gibt es auch heute immer wieder Versuche, die Funktionsfähigkeit eines Perpetuum mobile nachzuweisen.

In der Thermodynamik oder Wärmelehre ist es üblich, zur Beschreibung der Zustände oder Vorgänge in einem thermodynamischen System unterschiedliche Betrachtungsweisen anzuwenden. Neben der kinetisch-statistischen Betrachtungsweise wird die phänomenologische Betrachtungsweise genutzt. Sie ist an Erscheinungen (Phänomenen) orientiert und dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschreibung von Sachverhalten und Vorgängen solche makroskopischen Zustands- und Prozessgrößen wie Druck, Volumen, Temperatur, Wärme und Arbeit genutzt werden.

Unter einer Phasenumwandlung versteht man den Übergang eines Stoffes von einem Zustand in einen anderen. Dabei ist zwischen verschiedenen Arten zu unterscheiden. Phasenumwandlungen 1. Art sind dadurch gekennzeichnet, dass bei den Umwandlungen Wärme erforderlich ist oder frei wird. Zu dieser Art der Phasenumwandlungen gehören alle Aggregatzustandsänderungen. Daneben gibt es auch Phasenumwandlungen 2. Art, bei denen keine Umwandlungswärmen auftreten. Zu solchen Phasenumwandlungen gehört z.B. der Übergang eines Stoffes aus dem normalleitenden in den supraleitenden Zustand.

Unter einem Plasma versteht man ein ionisiertes Gas, das aus einem Gemisch von Ionen, Elektronen und neutralen Teilchen besteht. Diese Teilchen befinden sich untereinander und mit Photonen in ständiger Wechselwirkung mit verschiedenen Energie- bzw. Anregungszuständen. Das Plasma, auch Plasmazustand genannt, wird häufig neben fest, flüssig und gasförmig als 4. Aggregatzustand bezeichnet, weil es einige spezifische Eigenschaften besitzt, die Stoffe in den drei Aggregatzuständen nicht haben.
Plasma lässt sich in unterschiedlicher Weise herstellen und existiert auch in der Natur. Es wird vielfältig genutzt und spielt bei Untersuchungen zur gesteuerten Kernfusion eine wichtige Rolle.

Gegenstand der kinetischen Gastheorie ist die Betrachtung thermodynamischer Prozesse auf der Grundlage von Teilchengrößen, wie der Teilchenanzahl, ihrer Geschwindigkeit und ihrer Energie. Von Interesse ist auch die räumliche Verteilung von Teilchen eines Gases in verschiedenen Raumbereichen eines abgeschlossenen Systems. Bei einer hinreichend großen Anzahl von Teilchen ist für ein abgeschlossenes System die Gleichverteilung die wahrscheinlichste räumliche Anordnung. Es können aber auch statistische Schwankungen auftreten, die sich z.B. in Dichteunterschieden bemerkbar machen.

Gase bestehen wie alle Stoffe aus Atomen und Molekülen. Diese Elementarteilchen nehmen einen bestimmten Raum ein. Zwischen ihnen wirken Kräfte. Die tatsächlich in Natur und Technik existierenden Gase werden in der Physik als reale Gase bezeichnet.
Um die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck und Volumen von Gasen in einfacher Weise mathematisch beschreiben zu können, wird in der Physik das Modell ideales Gas genutzt. Es ist wie jedes Modell eine Vereinfachung der Wirklichkeit. Trotzdem können viele reale Gase in guter Näherung mit dem Modell ideales Gas beschrieben werden.

* 28.02.1683 La Rochelle
† 18.10.1757 Schloss Bermondière

Er war ein vielseitiger französischer Naturforscher, der sich vor allem mit physikalischen und biologischen Problemen beschäftigte. Bekannt wurde er durch die von ihm geschaffene Temperaturskala, die Reaumur-Skala. Darüber hinaus war er Herausgeber einer Enzyklopädie und führte zahlreiche tier- und pflanzenphysiologische Arbeiten durch.

* 11.07.1711 Penau (Russland)
† 06.08.1753 St. Petersburg

Er war ein russischer Physiker deutscher Herkunft und Professor für Physik in St. Petersburg. Bekannt wurde er vor allem durch die von ihm entdeckte und nach ihm benannte richmannsche Mischungsregel zur Ermittlung der Mischungstemperatur von zwei Körpern.

Als Schmelzen bezeichnet man den Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand, als Erstarren den umgekehrten Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand. Dabei gilt:

• Schmelztemperatur und Erstarrungstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
• Schmelzwärme und Erstarrungswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.

Ein schwarzer Körper oder schwarzer Strahler ist ein Vergleichskörper zur Beschreibung und Messung der Temperaturstrahlung von Körpern. Von einem solchen idealisierten Körper wird Temperaturstrahlung vollständig absorbiert bzw. emittiert. Viele Sterne können näherungsweise als schwarze Körper betrachtet werden.

Als Sieden bezeichnet man den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand, als Kondensieren den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand.

Dabei gilt:

• Siedetemperatur und Kondensationstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
• Verdampfungswärme und Kondensationswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.

Aus der allgemeinen Zustandsgleichung für das ideale Gas kann man Gleichungen für den Fall ableiten, dass eine der drei Größen konstant ist. Mit p = konstant ergeben sich Gleichungen für die isobare Zustandsänderung, mit V = konstant für die isochore Zustandsänderung und mit T = konstant für die isotherme Zustandsänderung. Die Gleichungen für diese speziellen Zustandsänderungen wurde früher gefunden als der allgemeine Fall. Nach den Wissenschaftlern, die sie entdeckten, nennt man diese Gesetze auch das Gesetz von GAY-LUSSAC, das Gesetz von AMONTONS und das Gesetz von BOYLE und MARIOTTE.

* 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.

Der stirlingsche Kreisprozess, bestehend aus je zwei isothermen und isochoren Zustandsänderungen, repräsentiert die „Takte“ eines ideal arbeitenden Heißluftmotors. Dabei wird das Antriebsmittel „Luft“ als ideales Gas betrachtet und die Prozessführung als reversible angenommen.

1. Durch Aufnahme einer bestimmten Wärme aus einem heißen Wärmespeicher erfolgt eine isotherme Expansion. Es wird die Arbeit verrichtet.
2. Durch eine isochore Abkühlung wird die Temperatur verringert. Dabei wird Wärme abgegeben.
3. Takt: Für die isobare Kompression muss Arbeit zugeführt werden. Die dabei entstehende Wärme $\Delta$wird an einen kalten Wärmespeicher abgegeben.
4. Takt: Durch eine isochore Erwärmung wird nun die Temperatur erhöht und damit der Ausgangszustand wieder erreicht. Dazu wird die Wärme zugeführt.

Die Differenz aus verrichteter und zugeführten Arbeit kann von der Maschine nach aßen abgegeben werden.