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BOS_Unterlagen/Technologie u. Informatik/00_RAW/2018-01-18/2. Hauptsatz.HTM

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2018-04-16 12:20:18 +00:00
<html><head>
<meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=windows-1252">
<meta name="Author" content="Yvonne Kristen">
<title>2. Hauptsatz</title>
<script language="JavaScript" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/ROLLOVER.JS"></script>
</head>
<body vlink="#004000" topmargin="0" text="black" marginwidth="0" marginheight="0" link="#008000" leftmargin="0" alink="#008000">
<table width="100%" cellspacing="0" cellpadding="0" height="34" border="0">
<tbody><tr>
<td width="100%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/SEITEN.GIF"><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/KOPF2.GIF" usemap="#BildNr1" width="437" vspace="0" hspace="0" height="34" border="0" align="left"></td>
<th width="10"><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/ECK.GIF" width="10" height="34"></th>
</tr>
</tbody></table>
<map name="BildNr1">
<area name="Periodensystem" coords="70,10,230,30" alt="Periodensystem" href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/PS/PS.HTM" onclick="window.open(this.href, 'Periodensystem', 'width=1020,height=480,toolbar=0,location=0,directories=0,status=0,menubar=0,scrollbars=0,resizable=0,copyhistory=0'); return false;">
<area name="Inhalt" coords="245,10,426,30" alt="Inhalt" href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/INHALT.HTM">
</map>
<table width="100%" cellspacing="0" cellpadding="0" border="0">
<tbody><tr><td width="100%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/YRINGBI1.JPG">
<center><font size="-1">Seite - 21 -</font></center>
<br><br>
<div align="right">
<table width="90%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/HS2.HTM"><tbody><tr><td>
<font size="+3" face="Arial, Helvetica"><b>IV. Die Haupts<74>tze der Thermodynamik</b></font><b>
</b></td></tr>
<tr><td><br><br><h2><font size="+2" face="Arial, Helvetica"><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/2HS.GIF">&nbsp;2. Hauptsatz</font></h2></td></tr>
<tr><td><h3><font color="green" face="Arial, Helvetica">= Entropiesatz der Thermodynamik</font></h3></td></tr>
<tr><td><font face="Arial, Helvetica"><div align="justify">
Der <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/HS1.HTM">1. Hauptsatz</a> setzt durch die <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Energie">Energie</a>erhaltung Grenzen, innerhalb derer ein
<a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/DEF.HTM#therm">Proze<7A></a> ablaufen mu<6D>. Es gibt jedoch
Prozesse, die den Energieerhaltungssatz nicht verletzen w<>rden, aber in der Natur nicht vorkommen. Bringt man z.B.
eine 300K warme Kugel in ein Gef<65><66> mit 275K kaltem Wasser, so flie<69>t solange <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Waerme">W<>rme</a> zum Wasser, bis beide
die gleiche <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Temp">Temperatur</a> haben:<br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/KLAT.JPG"></center><br>
Es ist aber noch nie passiert, da<64> W<>rme vom K<>lteren zum W<>rmeren flie<69>t, was den
Temperaturunterschied noch vergr<67><72>ern w<>rde. Die 300K warme Kugel wird nicht auf 400K aufgeheizt, w<>hrend das
Wasser auf 175 abk<62>hlen m<><6D>te:<br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/KLAT2.JPG"></center><br>
Als weiteres Beispiel kann man eine Teigkugel betrachten, die auf ein Brett f<>llt:<br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/BRETT.GIF"></center><br>
<center><font size="-2" face="Arial; Helvetica"><b>Abb.50</b></font></center><br>
Durch den Aufprall erw<72>rmt sich die Kugel (von 293 K auf 298 K).<br>
Es ist aber noch nie passiert, da<64> eine Teigkugel unter Abk<62>hlung pl<70>tzlich nach oben springt:<br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/BRETT2.GIF"></center><br>
<center><font size="-2" face="Arial; Helvetica"><b>Abb.51</b></font></center><br>
Das w<>rde aber nicht dem 1. Hauptsatz widersprechen, da dieser nur aussagt, da<64> die Summe der Energien
immer gleich sein mu<6D>, und das w<>re sie bei einem solchen Vorgang.<br>
Um eine Aussage machen zu k<>nnen, in welche Richtung ein Vorgang abl<62>uft, wird eine Gleichung ben<65>tigt, die sich
nur auf den Anfangszustand eines <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/DEF.HTM#Sys">Systems</a>
und den darauf ausge<67>bten Zwang bezieht. <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/DEF.HTM#iso">Isolierte Systeme</a> streben immer dem
<a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/DEF.HTM#Gl">Gleichgewicht</a> zu. Dabei muss eine Gr<47><72>e die Antriebskraft sein. 1850 wurde sie
von <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Clau">Clausius</a> die <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/ENTROPIE.HTM">Entropie</a> S genannt. Der
1. Hauptsatz beschreibt die Energiefunktion U und der 2. die Entropiefunktion. Genauso wie die innere Energie U
ist auch der 2. Hauptsatz eine Zustandsfunktion.
<br><br>
Die Gesamtentropie in einem isolierten System kann nie kleiner werden, d.h. sie kann nur gr<67><72>er werden oder
gleich bleiben. Ein System kann sich nicht mehr ver<65>ndern, wenn die Entropie ihren
Maximalwert erreicht hat, das System befindet dann sich im Gleichgewicht.<br>
In einem <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/DEF.HTM#gesch">geschlossenen System</a> das im Gleichgewicht steht gilt: <br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/S.JPG"></center><br>
Solch eine Reaktion mu<6D> unter totaler <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#reve">Reversibilit<69>t</a> ablaufen. Totale Reversibilit<69>t hei<65>t, da<64> die Reaktion
unendlich langsam verlaufen mu<6D>, damit immer <20>berall gleiche <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Temp">Temperatur</a> und
<a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Dru">Dr<44>cke</a> herrschen. Beispielsweise wirbeln <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Gas">Gas</a>molek<65>le
in einem Gas, das expandiert wird, durcheinander und bilden Turbulenzen, soda<64> die exakte Umkehr dieses
Prozesses unm<6E>glich ist. Expandiert man dagegen unendlich langsam, soda<64> sich keine Turbulenzen o.<2E>. bilden, dann
ist die Umkehr schon eher m<>glich.<br>
Daran kann man sehen, da<64> eine reversible Reaktion einen Idealfall darstellt, der zwar manchmal fast
erreicht wird, aber in der Realit<69>t nie ganz erreicht werden kann.<br>
Theoretisch wird die Reverisbilit<69>t jedoch behandelt. Man sagt, da<64> in einem geschlossenen System, in dem die
Temperatur und der Druck gleich bleiben, ein spontaner reversibler Ablauf folgende Entropie<69>nderung hat:<br><br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/2HS1.JPG"></center><br><br>
Bei der Temperatur T nimmt das System die W<>rmemenge Q<sub>rev.</sub> (=W<>rmemenge bei reversiblem Proze<7A>) auf.<br>
Daraus folgt, da<64> die Entropie<69>nderung der Umgebung sich wie folgt definiert:<br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/UMGEBUNG.JPG"></center><br>
Alle Vorg<72>nge k<>nnen entweder als reversibel oder als <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#irre">irreversibel</a> eingeordnet werden. Irreversibel bedeutet, da<64>
der genaue Ablauf des Prozesses nicht mehr exakt umkehrbar ist. Bei diesen Vorg<72>ngen mu<6D> die Entropie immer
zunehmen, deswegen ist ihre <20>nderung wie folgt definiert :<br><br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/2HS2.JPG"></center><br><br>
In einem geschlossenen System mu<6D> die Summe der Entropien des Systems und der Umgebung kleiner als 0 sein:<br>
<center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/S2.JPG"></center><br>
<br>
Der 2. Hauptsatz beschreibt die Richtung der Energieumwandlung. Wenn man z. B. einen fest verschlossenen
Beh<65>lter betrachtet, in dem zwei Gase eingeschlossen sind, dann werden sich diese Gase mit der Zeit
gleichm<68><6D>ig durchmischen, d.h. einen Zustand gr<67><72>erer Unordnung und damit gr<67><72>erer Entropie einnehmen.
Der Zustand gr<67><72>erer Entropie ist also der wahrscheinlichere Zustand. Aus dem 2. Hauptsatz folgt, da<64> W<>rme nicht
von einem Bereich mit niedriger Temperatur in einen Bereich mit h<>herer Temperatur <20>bertragen werden kann, wenn
keine Arbeit verrichtet wird.
<br><br>
<a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Per"><b>Perpetuum mobile:</b></a><br>
Der 2. Hauptsatz hat noch eine Bedeutung f<>r die Thermodynamik. Eine Maschine, die unter Verletzung des 2.
Hauptsatzes Arbeit verrichten w<>rde, wird <20>Perpetuum mobile der 2. Art" genannt. Das w<>re z.B. eine W<>rmekraftmaschine,
die W<>rme aus einer kalten Umgebung entnehmen k<>nnte, um in einer warmen Umgebung Arbeit zu verrichten.
Laut dem 2.Hauptsatz ist dies aber unm<6E>glich. Eine Maschine, die z.B. das W<>rmereservoir der Meere in Arbeit
umwandelt kann also nicht existieren.<br>
Von <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Pla">Planck</a> kam der Vorschlag diese Tatsache <b>"das Verbot des Perpetuum moblie 2.Art"</b> zu nennen.
<br>
<br><br>
<b>Geschichtliche Zitate:</b><br><br>
Der Wissenschaflter <a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Kel">Sir Kelvin</a> formulierte:<br>
<i>"Es ist unm<6E>glich, eine zyklisch arbeitende Maschine zu konstruieren, die keinen anderen
Effekt hat, als die Entnahme von W<>rme aus einem Beh<65>lter und die Verrichtung eines gleichen Betrages an Arbeit."
</i><br><br>
<a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/WORT.HTM#Clau">R.J.E. Clausius</a>, 1854, Satz von der Vermehrung der Entropie:<br> <i>"Bei jedem
nat<61>rlichen Vorgang nimmt die Entropie zu."</i><br>
Au<41>erdem stammt von ihm:<br>
<i>"Es ist nicht m<>glich eine zyklisch arbeitende Maschine zu konstruieren, die keinen
anderen Effekt produziert als die <20>bertragung von W<>rme von einem k<>lteren auf einen w<>rmeren K<>rper."</i><br>
und seine Zusammenfassung des 1. und 2. Hauptsatzes: <br><i>"Die Energie des Universums ist konstant, die Entropie des
Universums strebt immer einem Maximum zu, der 1. Hauptsatz ist Energieerhaltungssatz und deshalb ein
Symmetriegesetz. Der 2. ist kein Symmetriegesetz und er dr<64>ckt ein Prinzip aus, das die Symmetrie des Weltalls
sprengt, indem es eine bestimmte Richtung seiner Ver<65>nderung fordert."</i><br><br>
<br><br>
<br><br>
</div></font>
</td></tr>
<tr><td>
<center>
<br>
<table width="45%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/HS2.HTM">
<tbody><tr>
<td width="25%"><center><a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/HS0.HTM" onmouseout="swapImageRestore()" onmouseover="swapImage('GayLussac','','GIF/0HS.GIF',0)"><img name="GayLussac" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/0HSOFF.GIF" width="50" height="50" border="0"></a> </center></td>
<td width="25%"><center><a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/HS1.HTM" onmouseout="swapImageRestore()" onmouseover="swapImage('Boyle_Geschichte','','GIF/1HS.GIF',0)"><img name="Boyle_Geschichte" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/12HSOFF.GIF" width="50" height="50" border="0"></a> </center></td>
<td width="25%"><center><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/2HS.GIF" <="" td="">
</center></td><td width="25%"><center><a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/HS3.HTM" onmouseout="swapImageRestore()" onmouseover="swapImage('BoyleGesetz','','GIF/3HS.GIF',0)"><img name="BoyleGesetz" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/3HSOFF.GIF" width="50" height="50" border="0"></a> </center></td>
</tr>
<tr>
<td width="12%"><center><font size="-2" face="Arial, Helvetica">0. Hauptsatz</font></center></td>
<td width="12%"><center><font size="-2" face="Arial, Helvetica">1. Hauptsatz</font></center></td>
<td width="12%"><center><font size="-2" color="green" face="Arial, Helvetica">2. Hauptsatz</font></center></td>
<td width="12%"><center><font size="-2" face="Arial, Helvetica">3. Hauptsatz</font></center></td>
</tr>
</tbody></table>
</center>
</td>
</tr>
</tbody></table>
<table width="90%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/HS2.HTM">
<tbody><tr>
<td><br><br><br>
<hr>
<br>
<center>
<table width="40%">
<tbody><tr>
<td width="47%"><font size="-2" face="Arial, Helvetica"><div align="right">Vorheriges Kapitel</div></font></td>
<td width="6%"><font size="-2" face="Arial, Helvetica"></font></td>
<td width="47%"><font size="-2" face="Arial, Helvetica">n<>chstes Kapitel</font></td>
</tr>
<tr>
<td width="47%"><a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/REAKTION.HTM" onmouseout="swapImageRestore()" onmouseover="swapImage('Grundlagen','','GIF/LINKS.GIF',0)"><img name="Grundlagen" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/LINKSOFF.GIF" alt="Reaktionstreibende Kr<4B>fte" width="40" height="15" border="0" align="right"></a></td>
<td width="6%"><a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/INHALT.HTM" onmouseout="swapImageRestore()" onmouseover="swapImage('Inhalt','','GIF/BALL.GIF',0)"><img name="Inhalt" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/BALLOFF.GIF" alt="Inhaltsverzeichnis" width="20" height="20" border="0"></a></td>
<td width="47%"><a href="https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/ANHANG.HTM" onmouseout="swapImageRestore()" onmouseover="swapImage('Reaktion','','GIF/RECHTS.GIF',0)"><img name="Reaktion" src="2.%20Hauptsatz-Dateien/RECHTSOF.GIF" alt="Anhang" width="40" height="15" border="0" align="left"></a></td>
</tr></tbody></table></center>
</td></tr>
</tbody></table>
<br>
<table width="90%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/HS2.HTM">
<tbody><tr><td>
<hr>
<div align="right"><i><font size="-1"><3E> by Yvonne Kristen</font><i></i></i></div><i><i>
</i></i></td></tr></tbody></table>
</div>
</td>
<th width="10" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/RAND.GIF"><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/10PTRANS.GIF"></th>
</tr></tbody></table>
<table width="100%" cellspacing="0" cellpadding="0" height="34" border="0">
<tbody><tr>
<td width="100%" background="2.%20Hauptsatz-Dateien/SEITEN1.JPG"><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/ENDE.JPG" usemap="#BildNr1" width="122" vspace="0" hspace="0" height="34" border="0" align="left"></td>
<th width="10"><img src="2.%20Hauptsatz-Dateien/ECK2.JPG" width="10" height="34"></th>
</tr>
</tbody></table>
</body></html>
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