Statistische Thermodynamik

Kompaktes Lehrbuch zur Theoretischen Physik, das einen universellen Zugang zur Statistischen Physik sucht und die Thermodynamik als Teil einer allgemeinen Dynamik von Austauschprozessen, die Temperatur und Entropie als genuine Variablen besitzt, darstellt. Im Rahmen der Vorlesungen zur Theoretischen Physik werden heute praktisch überall die Thermodynamik und die Statistische Physik gemeinsam in einer Lehrveranstaltung behandelt. Eine statistische Darstellung muss von Anfang an auf den Quantenzuständen eines physikalischen Systems aufgebaut sein, statt lediglich eine auf der klassischen Mechanik beruhende "klassische" statistische Thermodynamik zu konstruieren. Die gängigen Lehrbücher decken diese Vorgehensweise jedoch nur unvollständig ab. Schäfer und Welsch suchen diese Lücke zu schließen und streben durch die Darstellung der Thermodynamik als Teil einer allgemeinen Dynamik von Austauschprozessen, die Temperatur und Entropie als genuine Variablen besitzt, einen universellen Zugang zur Thematik an. Hierzu gehören insbesondere die Charakterisierung von physikalischen Systemen durch Gibbs-Funktionen (thermodynamische Potentiale) sowie die genaue Begründung der Struktur von Austauschformen (Energieformen) unter Zuhilfenahme von lokalen Bewegungs- und Feldgleichungen. Begriffsbildungen erfolgen durchwegs auf dem Hintergrund möglicher relativistischer Verallgemeinerungen; die Thermodynamik wird als Theorie gemittelter Größen, d.h. der Mittelwerte fluktuierender Variablen, dargestellt. Die statistische Grundlegung thermodynamischer Größen geschieht über Zustandssummen und Verteilungsfunktionen. Die irreversible Thermodynamik wird aus der lokalen Gleichgewichtsthermodynamik konstruiert und es wird auf die Beziehung von mikroskopischer Reversibilität und makroskopischer Irreversibilität eingegangen. Typische Anwendungen werden anhand aussagekräftiger Beispiele diskutiert.