Homogener Stoff
Modell
Der homogene Stoff ist der eigentliche Modellkörper der Thermodynamik. Der Zustand eines homogenen Stoffes ist durch seinen Druck und seine Temperatur (Zustandsdiagramm) vollständig beschrieben. Der Stoff kann flüssig oder gasförmig sein. Liegt der Zustand auf der Dampfdruckkurve, koexistieren beide Aggregatszustände. Da sowohl der Druck als auch die Temperatur zu jedem Zeitpunkt überall gleich sind, breitet sich der Schall undendlich schnell durch den Körper aus und die Wärmeleitfähigkeit des Stoffes ist beliebig gross. Das Modell des homogenen Stoffes kann also nur dann verwendet werden, wenn die Vorgänge so langsam ablaufen, dass die Ausbreitung der Wärme und des Schalls im Innern des Körpers keine Rolle mehr spielen.
Der Zustand des homogenen Stoffes kann auf zwei Arten verändert werden, durch heizen und kühlen oder durch komprimieren und entspannen. Um diese Prozesse kontrolliert ablaufen zu lassen, gehen wir von folgender Anordnung aus. Der Stoff befinde sich in einem Zylinder, der mit einem Kolben verschlossen ist. Der Zylinderboden sei ideal wärmedurchlässig (diatherm), besitze aber selber keine Wärmekapazität. Die Zylinderwände und der Kolben sind absolut wärmeisoliert (adiabatisch). Der reibunsfrei verschiebbare Kolben schliesst den Stoff hermetisch gegen eine inkompressible Flüssigkeit ab. Der Druck in der Flüssigkeit und im homogenen Stoff sind somit immer gleich gross.
Das Systeme homogener Stoff besitzt eine direkte thermische und eine indirekte hydraulische Verbindung zur Umgebung. Es kann deshalb mit der Umgebung Energie in Form von Wärme und Arbeit austauschen.