Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie (Unordnung) in einem geschlossenen System zunimmt, wenn sich Energie von einer Form in eine andere Form ändert oder sich Materie frei bewegt.
Temperatur-, Druck- und Dichteunterschiede neigen dazu, sich nach einiger Zeit horizontal auszugleichen. Aufgrund der Schwerkraft gleichen sich Dichte und Druck vertikal nicht aus. Die Dichte und der Druck sind unten größer als oben.
Entropie ist ein Maß für die Ausbreitung von Materie und Energie auf alle Orte, zu denen sie Zugang haben.
Die gebräuchlichste Formulierung für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik geht im Wesentlichen auf Rudolf Clausius zurück:
Mit anderen Worten: Alles versucht, über die Zeit die gleiche Temperatur zu halten.
Es gibt viele Aussagen des zweiten Gesetzes, die unterschiedliche Begriffe verwenden, die aber alle dasselbe bedeuten. Eine weitere Aussage von Clausius ist:
Wärme kann nicht von sich aus von einem kälteren zu einem heißeren Körper übergehen.
Eine entsprechende Aussage von Lord Kelvin lautet:
Eine Umwandlung, deren einziges Endergebnis darin besteht, Wärme, die einer Quelle mit konstanter Temperatur entzogen wird, in Arbeit umzuwandeln, ist unmöglich.
Das zweite Gesetz gilt nur für große Systeme. Beim zweiten Gesetz geht es um das wahrscheinliche Verhalten eines Systems, bei dem keine Energie oder Materie ein- oder austritt. Je größer das System ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass der zweite Hauptsatz zutrifft.
Ein einfaches stilisiertes Diagramm des Dampfkompressions-Kältekreislaufs einer Wärmepumpe: 1) Verflüssiger, 2) Expansionsventil, 3) Verdampfer, 4) Verdichter.
Übersicht
In einem allgemeinen Sinne besagt das zweite Gesetz, dass Temperaturunterschiede zwischen Systemen, die miteinander in Kontakt stehen, dazu neigen, sich auszugleichen, und dass aus diesen Nichtgleichgewichtsunterschieden Arbeit gewonnen werden kann, dass aber ein Verlust an thermischer Energie auftritt, wenn Arbeit geleistet wird und die Entropie zunimmt. Druck-, Dichte- und Temperaturunterschiede in einem isolierten System neigen alle dazu, sich auszugleichen, wenn man ihnen die Gelegenheit dazu gibt; Dichte und Druck, aber nicht die Temperatur, werden von der Schwerkraft beeinflusst. Eine Wärmekraftmaschine ist ein mechanisches Gerät, das aus der Temperaturdifferenz zweier Körper nützliche Arbeit liefert.
Zitate
| “ | Das Gesetz, dass die Entropie immer zunimmt, hat meines Erachtens die höchste Stellung unter den Naturgesetzen. Wenn jemand Sie darauf hinweist, dass Ihre Lieblingstheorie des Universums mit den Maxwell-Gleichungen nicht übereinstimmt - dann umso schlimmer für die Maxwell-Gleichungen. Wenn sich herausstellt, dass sie durch Beobachtung widerlegt wird - nun, diese Experimentalphysiker machen manchmal Pfuscharbeit. Aber wenn sich herausstellt, dass Ihre Theorie gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt, kann ich Ihnen keine Hoffnung machen; es gibt nichts anderes für sie, als in tiefster Demütigung zusammenzubrechen. | ” |
--Sir Arthur Stanley Eddington, Die Natur der physischen Welt (1927)
| “ | Die Tendenz, dass die Entropie in isolierten Systemen zunimmt, kommt im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zum Ausdruck - vielleicht die pessimistischste und amoralischste Formulierung im gesamten menschlichen Denken. | ” |
--Greg Hill und Kerry Thornley, Principia Discordia (1965)
| “ | Es gibt fast so viele Formulierungen des zweiten Gesetzes, wie es Diskussionen darüber gegeben hat. | ” |
-Philosoph / Physiker P.W. Bridgman, (1941)
Verschiedenes
- Flanders und Swann produzierten eine Vertonung einer Aussage des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik mit dem Titel "Erster und zweiter Hauptsatz".
- Der Wirtschaftswissenschaftler Nicholas Georgescu-Roegen zeigte die Bedeutung des Entropiegesetzes im Bereich der Wirtschaftswissenschaften auf (siehe sein Werk The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Fragen und Antworten
F: Was ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik?
A: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie (Unordnung) in einem geschlossenen System zunimmt, wenn Energie von einer Form in eine andere übergeht oder Materie sich frei bewegt.
F: Was neigt dazu, sich im Laufe der Zeit horizontal auszugleichen?
A: Temperatur-, Druck- und Dichteunterschiede neigen dazu, sich nach einer Weile horizontal auszugleichen.
F: Warum gleichen sich Dichte und Druck vertikal nicht aus?
A: Aufgrund der Schwerkraft gleichen sich Dichte und Druck in der Vertikalen nicht aus. Die Dichte und der Druck sind am Boden höher als oben.
F: Was ist Entropie?
A: Die Entropie ist ein Maß für die Ausbreitung von Materie und Energie an allen Orten, zu denen sie Zugang haben.
F: Wie lautet die gebräuchlichste Formulierung für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik?
A: Die gebräuchlichste Formulierung für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik geht im Wesentlichen auf Rudolf Clausius zurück: Alles versucht, im Laufe der Zeit die gleiche Temperatur beizubehalten.
F: Was ist eine weitere Aussage von Clausius zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik?
A: Eine weitere Aussage von Clausius ist, dass Wärme nicht von selbst von einem kälteren zu einem heißeren Körper übergehen kann.
F: Für welche Art von System gilt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik?
A: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik gilt nur für große Systeme, bei denen keine Energie oder Materie ein- oder ausgeht. Je größer das System ist, desto wahrscheinlicher trifft der zweite Hauptsatz zu.
