Was ist Temperatur?

Abstract

In diesem Kapitel lernen wir die Arbeitsweise der statistischen Thermodynamik kennen. Sie besteht darin, durch geeignete Mittelung über die Eigenschaften der Atome Beziehungen zwischen den Kenngrößen makroskopischer Körper zu gewinnen. Diese Methode wurde von Maxwell und Boltzmann erfunden. Wir benutzen sie hier, um die makroskopische Eigenschaft Temperatur mithilfe des Verhaltens der Atome eines Körpers zu erklären. Als Beweis für die Richtigkeit unserer Berechnungen betrachten wir die Energie und die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität. Wir führen unsere Überlegungen für drei verschiedene Modellsubstanzen durch: ein ideales Gas, einen idealen Magneten und einen idealen Kristall. Die Herleitung des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Atomeigenschaften ist etwas langwierig, besonders beim idealen Gas. Verlieren Sie bitte deshalb nicht die Geduld! Mathematisch sind die Rechnungen wenig anspruchsvoll. Es genügt dafür das Wissen aus dem ersten Semester der Analysis. Bitte betrachten Sie auch die Ergebnisse aus der Quantenphysik, die wir dabei gebrauchen als das, was sie sind: keine Paradoxien, sondern Gelegenheiten zum Wundern darüber, wie sinnvoll und raffiniert unsere Welt beschaffen ist.