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Zustand (Physik)

Der Zustand eines physikalischen Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt umfasst im Rahmen eines physikalischen Teilgebietes die Gesamtheit aller Informationen, die zur vollständigen Beschreibung der momentanen Eigenschaften des Systems erforderlich sind, sofern sie nicht schon mit den unveränderlichen Eigenschaften des Systems festliegen.

Beispiele
  System Zustand
1. Ein Körper gegebener Masse
im Schwerefeld der Erde
Ort: 1m über der Schwertspitze
des Bremer Roland,
Geschwindigkeit: 2m/s nach Norden
2. 1 kg normale trockene Luft im
stabilen Gleichgewichtszustand
Volumen 1m³,
Temperatur 300K
(Der Druck ist dann durch
die Zustandsgleichung gegeben.)
3. Wasserstoffatom 2s-Niveau
4. Ein Teilchen ohne Spin
im 1/r^{3}-Potential
Grundzustand

Der Zustand eines Systems, das der Beobachtung zugänglich ist, legt insbesondere alle beobachtbaren Eigenschaften fest und gestattet damit Voraussagen über alle Messwerte beobachtbarer physikalischer Größen. Sind diese Größen durch Gleichungen verknüpft (z.B. Zustandsgleichung in der Thermodynamik), genügt es, eine geeignete Auswahl dieser Größen anzugeben, um den Zustand eindeutig festzulegen. Im engeren Sinn wird unter Zustand daher eine Mindestzahl physikalischer Größen verstanden, aus denen sich mit Kenntnis der Systemeigenschaften alle weiteren beobachtbaren Größen berechnen lassen. (So ergibt sich im 2. Beispiel der obigen Tabelle aus der Kenntnis von Volumen und Temperatur etwa der Druck aus der Zustandsgleichung für normale trockene Luft.)

Existiert für ein System eine Bewegungsgleichung (z.B. 2. Newtonsches Axiom im 1. Beispiel, zeitabhängige Schrödingergleichung im 4.), kann man mit ihrer Hilfe aus den mit dem Zustand gegebenen momentanen Eigenschaften des Systems ermitteln, wie der Zustand sich verändert. Sofern weitere Einzelheiten aus der Vorgeschichte des Systems die weitere Entwicklung beeinflussen, muss die Definition des Zustands diese Informationen mit umfassen.

Ein physikalisches System kann in verschiedenen Zuständen vorliegen. Die Menge der möglichen Zustände bildet den Zustandsraum oder Phasenraum des betrachteten physikalischen Systems. Nimmt das Objekt mit fortschreitender Zeit eine Reihe verschiedener Zustände an, durchläuft es einen Prozess.

Je nach Teilgebiet der Physik kommen unterschiedliche Zustandsdefinitionen zur Anwendung:

Im Unterschied zu klassischen Mechanik bzw. der klassischen Thermodynamik liegt in der klassischen Physik der momentane Zustand schon unmittelbar vor der Messung fest und wird durch die Messung nur „registriert“, während in der Quantenphysik der Zustand i.a. erst durch die Messung „präpariert“ wird, wobei komplizierte Wahrscheinlichkeitsaussagen gelten.

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Basierend auf einem Artikel in: externer Link Wikipedia.de
 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 07.11. 2019