Zustandsänderung

Mit einer Zustandsänderung wird allgemein die Veränderung eines Systems oder eines Stoffs von einem Zustand in einen anderen bezeichnet.

Allgemeines

Eine Zustandsänderung kann aus dem System heraus (endogene Zustandsänderung) oder von außen (exogene Zustandsänderung) erfolgen. Zustandsänderungen erhalten je nach Fachgebiet konkretere Begriffsinhalte.

Biologie

In der Biologie finden sich solche Zustandsänderungen etwa in der Metamorphose oder im Sterben. Hier gibt es stets offene Systeme, bei denen bei jeder Zustandsänderung Energie entweder an die Umwelt abgegeben oder von dieser aufgenommen werden muss.[1]

Physik

Die Physik beschäftigt sich wesentlich mit der Beschreibung und der Veränderung von Zuständen.[2]

Mechanik

In der Mechanik beschreibt etwa die physikalische Größe der Beschleunigung die Änderung des Bewegungszustandes eines Körpers. Eine wirkliche Zustandsänderung hängt beispielsweise von der Beschleunigung oder Verzögerung mit oder ohne Arbeits- und Wärmezufuhr und der Dissipation eines Fluidelements auf seinem Weg durch die Strömungsmaschine ab.[3]

Thermodynamik

In der Thermodynamik ist die Zustandsänderung jede Änderung eines Stoffes oder eines thermodynamischen Systems, die durch Änderung einer den Zustand charakterisierenden Zustandsgröße verursacht wird.[4]

Eine thermodynamische Zustandsänderung ist ein thermodynamischer Prozess, der das Überführen eines thermodynamischen Systems in einen anderen Zustand durch Veränderung des Wertes von zumindest einer der das System charakterisierenden Zustandsgrößen umfasst. Zustandsänderungen können ein thermodynamisches System aus einem Gleichgewichtszustand in einen Nichtgleichgewichtszustand überführen oder umgekehrt aus einem Nichtgleichgewichtszustand in einen Gleichgewichtszustand. Im Verlauf von Zustandsänderungen können thermodynamische Systeme Phasengrenzlinien überqueren und daher Phasenübergänge durchlaufen. Diese können beispielsweise mit der Änderung von Aggregatzuständen der im System vorhandenen Phasen einhergehen oder zu Phasenseparation führen.

Man unterscheidet folgende Spezialfälle von thermodynamischen Zustandsänderungen:

  1. Isobare Zustandsänderung (Luftdruck konstant),
  2. Isochore Zustandsänderung (Volumen konstant),
  3. Isotherme Zustandsänderung (Temperatur konstant),
  4. Adiabatische Zustandsänderung (kein Austausch von Wärmeenergie),
  5. Isentrope Zustandsänderung (keine Änderung der Entropie des Gesamtsystems),
  6. Isenthalpe Zustandsänderung (keine Änderung der Enthalpie des Gesamtsystems),
  7. Polytrope Zustandsänderung[5][6]

Die Zustandsänderungen 1. bis 6. sind Spezialfälle von 7. Bei der polytropen Zustandsänderungen (Fall 7) kann der Exponent theoretisch jeden Wert zwischen und + annehmen.

Atom-, Kern- und Quantenphysik

In den mikrophysikalischen Spezialgebieten der Atom-, Kern- und Quantenphysik werden vor allem die Veränderung von Energiezuständen beschrieben.

Produktionswirtschaft

In der Produktionswirtschaft erfolgt eine Zustandsänderung von Arbeitsobjekten während des Produktionsprozesses, indem Rohstoffe, Werkstoffe oder Halbfertigfabrikate zu Endprodukten transformiert werden. Vor und während der Produktion werden hierfür häufig Arbeitspläne, Laufkarten, Laufzettel und Produktzeichnungen benötigt, die wiederum Stamm- und Strukturdaten von Produkten oder Betriebsmitteln enthalten.[7] Diese Organisationsmittel unterstützen die Transformation von Arbeitsobjekten durch Arbeitskräfte und/oder Maschinen zu Endprodukten.

Vom thermodynamischen Standpunkt betrachtet kann eine Güterproduktion als Zustandsänderung der am Produktionsprozess beteiligten Energien in Form von innerer Energie, Arbeit und Wärme sowie in Form von potentieller, kinetischer, elektrischer Energie und in Form von Strahlung aufgefasst werden.[8]

Weblinks

  • Ideales Gas. Bernd Glück; (Thermodynamische Ableitung der Berechnungsformeln für reversible Zustandsänderungen des idealen Gases und kostenfreies Rechenprogramm (auch für Vergleichsprozesse)).

Einzelnachweise

  1. ↑ Gerhard Czihak/Helmut Langer/Hubert Ziegler, Biologie: Ein Lehrbuch für Studenten der Biologie, 1976, S. 83
  2. ↑ Helmut Vogel/Christian Gerthsen/Hans Otto Kneser, Physik: Ein Lehrbuch zum Gebrauch neben Vorlesungen, 1986, S. 865 ff.
  3. ↑ Heinrich Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 2011, S. 4
  4. ↑ Fischer Taschenbuch Verlag (Hrsg.), Lexikon Technik und exakte Naturwissenschaften, Band 10, 1979, S. 3211; ISBN 3-436015679
  5. ↑ Klaus Stierstadt: Thermodynamik (= Springer-Lehrbuch). Springer, Berlin/Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-05097-8, S. 257, doi:10.1007/978-3-642-05098-5.
  6. ↑ Peter Stephan, Karlheinz Schaber, Karl Stephan, Franz Mayinger: Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen Band 1: Einstoffsysteme (= Springer-Lehrbuch). Springer Berlin Heidelberg, Berlin/ Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-30097-4, S. 122 ff., doi:10.1007/978-3-642-30098-1 (springer.com [abgerufen am 1. Februar 2021]).
  7. ↑ Reinhard Koether (Hrsg.), Taschenbuch der Logistik, 2018, S. 74
  8. ↑ Joachim Houtman, Elemente einer umweltorientierten Produktionstheorie, 1998, S. 37