Im Unterschied zu den Zustandsgrößen geben die Prozessgrößen Auskunft zum Umfang und der konkreten Art und Weise der Wechselwirkungen zwischen thermodynamischen System und Umgebung. Prozesse stellen also Einwirkungen auf das thermodynamische System dar, die zu Zustandsänderungen im System führen.
Obwohl Prozess und Zustandsänderung eng zusammenhängen, sind sie doch begrifflich streng zu trennen. Ein Prozess ist im thermodynamischen Sprachgebrauch mehr als eine bloße Zustandsänderung. Ein und dieselbe Zustandsänderung kann durch verschiedene Prozesse bewirkt werden.
Bei den Prozessen sind Ausgleichsprozesse von sogenannten quasistatischen Prozessen zu unterscheiden. Bei Ausgleichsprozessen (Druck- und/oder Temperatur- und/oder Konzentrationsausgleich) liegen lediglich im Anfangszustand und Endzustand thermodynamische Gleichgewichte vor, alle Zwischenzustände sind Nichtgleichgewichtszustände. Quasistatische Zustandsänderungen zeichnen sich dadurch aus, dass nicht nur der Ausgangs- und Endzustand jeweils Gleichgewichtszustände sind, sondern auch alle Zwischenzustände. Die Zustandsänderung muss dabei zeitlich so langsam erfolgen, dass man bei einem Zwischenhalt stets einen Gleichgewichtszustand vorfinden würde. Bei der Verdichtung eines Gases im Zylinder baut sich in Kolbennähe vorübergehend ein höherer Druck als im Zylinderinneren auf. Übersteigt die Geschwindigkeit des Druckausgleichs aber die des Kolbens, könnte man in jeder Zwischenstufe den Kolben anhalten und würde ein Gleichgewicht vorfinden.
Für die Bilanzierung der Prozessgrößen Wärme und Arbeit ist eine international gültige Vorzeichenregelung zu beachten:
Merke
- Wird an der Systemgrenze Wärme oder Arbeit zugeführt, ist dies mit positivem
Vorzeichen zu bilanzieren $(Q_{zu} \gt 0, W_{zu} \gt 0)$ - Wird an der Systemgrenze Wärme oder Arbeit abgeführt, ist dies mit negativen
Vorzeichen zu bilanzieren $(Q_{zu} \lt 0, W_{zu} \lt 0)$
Prozessgrößen erkennt man leicht am Doppelindex, zum Beispiel $Q_{12}$. Mit diesem Index muss deutlich gemacht werden, auf welchem Weg man vom Gleichgewichtszustand 1 in den Gleichgewichtszustand 2 gelangt ist. Die bloße Angabe von Anfangs- und Endzustand reicht hier nicht aus.
Der Energietransport über die Systemgrenze kann erfolgen als:
- Wärme $Q$ infolge unterschiedlicher Temperaturen zwischen System und Umgebung, sofern adiabte Systemwände dies nicht ausschließen.
- Mechanische Arbeit $W$ infolge äußerer Kräfte oder Momente, die auf das System wirken.
- Elektrische Arbeit $W_{el}$ durch das Fließen eines elektrischen Stroms über die Systemgrenze.
- Stoffgebundene Energie, wenn bei offenen Systemen Stoffe über die Systemgrenzen transportiert werden.
