Zustand (Physik)

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Ein Zustand (von frühneuhochdeutsch zuostant „zustehen, dabeistehen“, aber auch „sich ereignen“) ist ganz allgemein die Art und Weise, wie etwas zu einem bestimmten Zeitpunkt beschaffen ist bzw. innerhalb eines gewissen Zeitraums weitgehend unveränderlich besteht. Der Übergang von einem Zustand in einen anderen wird als Zustandsänderung bezeichnet.

Physik

In der Physik umfasst ein physikalischer Zustand alle prinzipiell veränderlichen, zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegenden messbaren Eigenschaften eines physikalischen Systems, insofern diese Zustandsgrößen nicht schon durch die unveränderlichen, das System definierenden Systemeigenschaften grundsätzlich festgelegt sind.

Thermodynamische Zustandsgrößen sind u.a. mengenunabhängige intensive Größen wie Druck und Temperatur oder mengenabhängige extensive Größen wie Volumen und Stoffmenge.

Spezielle thermodynamische Zustandsänderungen sind etwa isobare Zustandsänderungen, die bei konstanten Druck erfolgen, isochore Zustandsänderungen, bei denen das Volumen konstant bleibt, und isotherme Zustandsänderungen bei konstanter Temperatur. Bei isentropen Zustandsänderungen bleibt die Entropie des Systems unverändert und bei adiabatischen Zustandsänderungen findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt. Der Übergang von einem Aggregatzustand in einen anderen ist stets mit einer Entropieänderung verbunden.

Quantenmechanik

In der Quantenmechanik ist ein quantenmechanischer Zustand formal ein mathematisches Objekt (Zustandsfunktion, Zustandsoperator oder Zustandsvektor), mit dessen Hilfe errechnet werden kann, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein bestimmter Messwert bei einer Messung dieses Zustands zu erwarten ist. So kann sich etwa ein Elektron in der Elektronenhülle eines Atoms mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit in seinem Grundzustand oder in einem von potentiell unendlich vielen höheren angeregten Zustand befinden, die sich durch ihre quantisierten diskreten Energiewerte voneinander unterscheiden.

Als Eigenzustand wird ein quantenmechanischer Zustand bezeichnet, der einen ganz bestimmten diskreten Eigenwert annimmt. Ein typisches Beispiel sind etwa die diskreten Energieniveaus der Orbitale der Elektronenhülle eines Atoms, die sich im Lichtspektrum als diskrete Spektrallinien äußern.

Siehe auch