Zustandsänderung

Zustandsänderung bezeichnet den Übergang eines Systems von einem Zustand in einen anderen. Ein Zustand wird durch thermodynamische Größen wie Temperatur, Druck, Volumen und chemische Zusammensetzung beschrieben. Der Endzustand hängt nur von start- und endzustand ab; der Weg, der dazwischen durchlaufen wird, spielt keine Rolle für den resultierenden Zustand.

In der Thermodynamik unterscheiden sich Größen, die den Zustand festlegen, von Größen, die den Prozess beschreiben. Zustandsfunktionen wie innere Energie U, Enthalpie H, Entropie S und Gibbs freie Energie G hängen nur vom Zustand ab, während Größen wie Wärme Q und Arbeit W vom Weg abhängen. Entsprechend kann eine Zustandsänderung unterschiedlich verlaufen, auch wenn Start- und Endzustand identisch sind.

Beispiele für Zustandsänderungen sind Phasenübergänge wie Schmelzen, Verdampfen oder Sublimation, aber auch chemische Reaktionen oder das Ändern von Zusammensetzungen. Beim Phasenwechsel ist oft eine Latentwärme erforderlich; der Druck und die Temperatur bestimmen die jeweilige Phase. Unter bestimmten Bedingungen können Zustandsänderungen nahezu reversibel erfolgen, z. B. in idealisierten, langsamen Prozessen bei Gleichgewicht.

Anwendungsgebiete umfassen Thermodynamik, Materialwissenschaften, Klimaforschung und Technik (Motoren, Kühlsysteme, Speicher). Das Verständnis von Zustandsänderungen ermöglicht die Bestimmung von Energiebedarf, Effizienz und Stabilität von Systemen.