Moderne Thermodynamik

Name: Moderne Thermodynamik | Von einfachen Systemen zu Nanostrukturen
Brand: De Gruyter Oldenbourg
Price: 49.95 EUR
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Von einfachen Systemen zu Nanostrukturen

Christoph Strunk(Autor*in)

De Gruyter Oldenbourg (Verlag)

1. Auflage

Erschienen am 17. Dezember 2014

XX, 666 Seiten

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Inhalt

Intro
Vorwort
Inhalt
Bezeichnungen
Die Strategie des Buches
Stoffauswahl für eine Einführungsvorlesung
Teil I. Thermodynamik in der Makrowelt
1 Wie beschreibt man physikalische Systeme?
1.1 Einleitung
1.2 Grundbegriffe
1.3 Bilanzen und Erhaltungssätze
1.4 Einfache Systeme
1.5 Extensive und intensive Größen
1.6 Die Gibbs'sche Fundamentalform
1.7 Elektrisches Gleichgewicht
2 Thermische Systeme
2.1 Energie, Entropie und Temperatur
2.2 Empirische und absolute Temperaturen
2.3 Das System "heißer Körper"
2.4 Der zweite Hauptsatz
2.5 Der dritte Hauptsatz
2.6 Transportphänomene und Entropieerzeugung
2.7 Die Messung der Temperatur
2.8 Die Messung der Wärmekapazität und der Entropie
2.9 Entropieerzeugung durch irreversiblen Temperaturausgleich
2.10 Wärmestrom und Wärmeleitung
3 Ideale Gase
3.1 Stoffmenge und chemisches Potenzial
3.2 Thermodynamische Beschreibung von Gasen
3.3 Die thermische Zustandsgleichung
3.4 Die kalorische Zustandsgleichung
3.5 Die Maxwell-Verteilung
3.6 Erwärmung und Abkühlung - Wärmekapazitäten
3.7 Der Gleichverteilungssatz
3.8 Expansion und Kompression - Kompressibilitäten
4 Maschinen
4.1 Die Kopplung verschiedener Energie-Transportprozesse
4.2 Das Carnot'sche Prinzip
4.3 Unvollkommene Maschinen - Irreversibilität
4.4 Unzerlegbare Systeme
4.5 Wärme und Arbeit - der Carnot'sche Kreisprozess
4.6 Thermische Maschinen
4.7 Der Stirling-Motor
4.8 Der historische Weg zur Entropie
5 Thermodynamische Potenziale
5.1 Weitere Massieu-Gibbs-Funktionen
5.1.1 Die freie Energie
5.1.2 Die Enthalpie
5.1.3 Die freie Enthalpie
5.1.4 Die Energie im externen Magnetfeld
5.1.5 Die freie Energie im externen Magnetfeld
5.2 Maxwell-Relationen
5.3 Die Messung der absoluten Temperatur
5.4 Homogenität der Massieu-Gibbs-Funktionen
5.5 Entropieartige Massieu-Gibbs-Funktionen
5.6 Drei Ebenen der Systembeschreibung
6 Mehr über ideale Gase
6.1 Die Entropie eines idealen Gases
6.2 Freie Energie und chemisches Potenzial
6.3 Die Teilchenkapazität ?n(T,µ)/?µ
6.4 Das ideale Gas in Entropiedarstellung
7 Zusammengesetzte Systeme und Gleichgewichte
7.1 Was ist eigentlich ein System?
7.2 System-Zerlegung und System-Zusammensetzung
7.3 Gleichgewicht und Stabilität
7.4 Mischungsentropie
7.5 Ideale Lösungen
7.6 Der osmotische Druck
7.7 Chemische Reaktionen
7.7.1 Das Massenwirkungsgesetz
7.7.2 Reaktionswärmen
7.7.3 Die Absolutwerte des chemischen Potenzials
7.8 Der dritte Hauptsatz in der physikalischen Chemie
8 Transportphänomene
8.1 Transport durch bewegliche Teilchen
8.2 Mittlere freie Weglänge
8.3 Diffusion
8.4 Diffusion und Diffusionsgleichgewichte in äußeren Feldern
8.4.1 Thermodynamik im äußeren Kraftfeld
8.4.2 Die Einstein-Relation
8.4.3 Die barometrische Höhenformel
8.4.4 Abschirmung elektrischer Felder
8.5 Impulstransport und Viskosität
8.6 Entropietransport und Wärmeleitfähigkeit
8.7 Effusion aus kleinen Öffnungen
8.8 Teilchendiffusion durch dünne Kapillaren
8.9 Thermoelektrizität
8.10 Kritik des Drift-Diffusionsmodells
8.11 Die Matrix der Transportkoeffizienten
8.12 Entropieproduktion durch Ströme
9 Reale Systeme
9.1 Phasen und Phasenübergänge
9.2 Verdampfen und Kondensieren
9.3 Phasengleichgewichte
9.3.1 Die Gleichung von Clausius und Clapeyron
9.3.2 Verdunsten und Sieden
9.3.3 Siedepunkterhöhung und Gefrierpunktserniedrigung
9.3.4 Der Tripelpunkt
9.3.5 Experimente zur chemischen Konstante
9.3.6 Der Dampfdruck über realen Mischungen
9.4 Instabilitäten in realen Mischungen
9.5 Das reale Gas
9.5.1 Die van der Waals'sche Zustandsgleichung
9.5.2 Die Joule-Thomson Expansion
9.6 Der Phasenübergang im van der Waals-Modell
9.6.1 Freie Energie und das chemische Potenzial
9.6.2 Der kritische Punkt
Teil II. Statistische Thermodynamik
10 Thermodynamik von Spin-1/2-Systemen
10.1 Quantenzustände und chemische Spezies
10.2 Zufallsgrößen
10.3 Zustände und Zufallsgrößen des Spin-1/2-Systems
10.4 Chemisches Gleichgewicht im Spin-1/2-System
10.5 Der ideale Spin- 1/2-Paramagnet
10.6 Thermische Schwankungen
10.7 Ferromagnetismus in der Molekularfeld-Näherung
11 Einfache Quantensysteme
11.1 Die Boltzmann-Verteilung
11.2 Das allgemeine Zwei-Niveau-System - Gläser
11.3 Polymere
11.4 Der harmonische Oszillator
11.5 Rotationsanregungen von Molekülen
11.6 Innere Freiheitsgrade von Atomen
11.7 Zerlegung idealer Gase in Teilsysteme
11.8 Zusammengesetzte Quantensysteme
11.9 Die Translationsfreiheitsgrade eines idealen Gases
11.10 Das "klassische" ideale Gas
11.11 Der dritte Hauptsatz in der Quantenphysik
11.12 Kanonische oder Mikrokanonische Verteilung?
12 Ideale Gase bei tiefen Temperaturen
12.1 Fermionen und Bosonen
12.2 Die Gibbs'sche Verteilung
12.3 Elementare Bose- und Fermi-Systeme
12.4 Transport durch elementare Fermi- oder Bose-Systeme
12.5 Der "klassische" Grenzfall
12.6 Vergleich von Bose- und Fermi-Gasen
12.7 Ensembles in der statistischen Physik
13 Bose-Systeme
13.1 Photonen - thermische Strahlung
13.1.1 Zustandsdichte
13.1.2 Thermische Eigenschaften des Photonengases
13.1.3 Energietransfer durch thermische Strahlung
13.2 Phononen im Debye-Modell
13.2.1 Debye-Näherung der Zustandsdichte
13.2.2 Thermische Eigenschaften des Phononensystems
13.2.3 Thermische Ausdehnung von Festkörpern - Phononendruck
13.2.4 Wärmeleitfähigkeit durch Phononen
13.3 Massive Bose-Gase
13.3.1 Die Bose-Einstein Kondensation
13.3.2 Experimente zur Bose-Einstein-Kondensation
13.4 Quasiteilchen in suprafluidem 4He
13.4.1 Die Suprafluidität von 4He
13.4.2 Dispersionsrelation und Wärmekapazität
13.4.3 Der Fontänen-Effekt
13.4.4 Die Trägheit des Quasiteilchen-Systems
14 Fermi-Systeme
14.1 Das ideale Fermi-Gas - Elektronen in Metallen
14.1.1 Dispersionsrelationen - die Bandstruktur
14.1.2 Zustandsgleichungen
14.1.3 Der Grundzustand: Fermi-Entartung
14.1.4 Abschirmung im entarteten Fermi-Gas
14.1.5 Kontaktspannungen
14.2 Thermische Eigenschaften des Fermi-Gases
14.2.1 Sommerfeld-Entwicklung
14.2.2 Thermische Zustandsgleichung
14.2.3 Kalorische Zustandsgleichung
14.2.4 Thermische Ausdehnung
14.2.5 Pauli-Suszeptibilität
14.3 Fermi-Flüssigkeiten
14.3.1 Landaus Fermi-Flüssigkeit
14.3.2 Flüssiges 3He
14.3.3 Verfestigung von 3He - Pomeranchuk-Kühlung
14.3.4 Lösungen von 3He in 4He
14.3.5 Der 3He-4He-Mischkryostat
14.4 Transport in Fermi-Systemen
14.4.1 Ströme im Nichtgleichgewicht
14.4.2 Ladungstransport - elektrische Leitfähigkeit
14.4.3 Ladungstransport - Thermokraft
14.4.4 Entropietransport - Peltier-Koeffizient und Wärmeleitfähigkeit
14.5 Halbleiter
14.5.1 Quasiteilchen in intrinsischen Halbleitern
14.5.2 Dotierung und Leitfähigkeit
14.5.3 Thermoelektrizität in Halbleitern
14.5.4 Halbleiter-Grenzflächen
14.6 Quasiteilchen in supraleitenden Metallen
14.6.1 Supraleitende Phänomene
14.6.2 Thermodynamische Eigenschaften
14.6.3 BCS-Theorie und Bogoliubov-Quasiteilchen
15 Quasiteilchen in reduzierten Dimensionen
15.1 Zweidimensionale Elektronensysteme
15.1.1 Halbleiter-Heterostrukturen
15.1.2 Elektronische Struktur von Quantentrögen
15.2 Tunnelkontakte und Punktkontakte
15.2.1 Tunnelkontakte
15.2.2 Punktkontakte
15.3 Quasi-eindimensionale Leiter
15.3.1 Elektrischer Transport durch Quanten-Punktkontakte
15.3.2 Entropietransport durch Quanten-Punktkontakte
15.3.3 Phononen in reduzierten Dimensionen
15.3.4 Diffusive Quantendrähte
A Differenzialrechnung im Rn
B Wahrscheinlichkeiten und Wahrscheinlichkeitsdichten
C Nützliche Integrale
D Legendre-Transformation
E Das Zwei-Körper-System aus thermodynamischer Sicht
F Magnetische Felder in Materie
G Charakteristische Funktionen in der Statistik
H Die Boltzmann-Gleichung
Literaturverzeichnis
Stichwortverzeichnis

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