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<meta name="Author" content="Yvonne Kristen">
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<title>2. Hauptsatz</title>
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<script language="JavaScript" src="JS/ROLLOVER.JS"></script>
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<body text="black" leftMargin=0 topMargin=0 marginHeight=0 marginWidth=0 alink=#008000 link=#008000 vlink=#004000>
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<table width="100%" border="0" height="34" cellpadding="0" cellspacing="0">
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<tr>
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<td background="GIF/SEITEN.GIF" width=100%><img src="GIF/KOPF2.GIF" width="437" height="34" border="0" vspace="0" hspace="0" align="left" USEMAP="#BildNr1"></td>
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<th width=10><img src="GIF/ECK.GIF" width="10" height="34"></th>
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</tr>
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</table>
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<MAP NAME="BildNr1">
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<area name="Periodensystem" coords="70,10,230,30" alt="Periodensystem" href="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;">
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<AREA name="Inhalt" COORDS="245,10,426,30" alt="Inhalt" href="INHALT.HTM" >
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</map>
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<table width=100% cellpadding=0 cellspacing=0 border="0">
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<tr><td background="JPG/YRINGBI1.JPG" width=100%>
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<center><font size=-1>Seite - 21 -</font></center>
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<div align="right">
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<table width=90% background=" "><tr><td>
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<font size=+3 face="Arial, Helvetica"><b>IV. Die Hauptsätze der Thermodynamik</u></font>
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<tr><td><br><br><h2><font size=+2 face="Arial, Helvetica"><img src="GIF/2HS.GIF"> 2. Hauptsatz</font></h2></tr>
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<tr><td><h3><font face="Arial, Helvetica" color="green">= Entropiesatz der Thermodynamik</font></h3></tr>
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<tr><td><font face="Arial, Helvetica"><div align="justify">
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Der <a href="HS1.HTM">1. Hauptsatz</a> setzt durch die <a href="WORT.HTM#Energie">Energie</a>erhaltung Grenzen, innerhalb derer ein
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<a href="DEF.HTM#therm">Prozeß</a> ablaufen muß. Es gibt jedoch
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Prozesse, die den Energieerhaltungssatz nicht verletzen würden, aber in der Natur nicht vorkommen. Bringt man z.B.
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eine 300K warme Kugel in ein Gefäß mit 275K kaltem Wasser, so fließt solange <a href="WORT.HTM#Waerme">Wärme</a> zum Wasser, bis beide
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die gleiche <a href="WORT.HTM#Temp">Temperatur</a> haben:<br>
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<center><img src="JPG/KLAT.JPG"></center><br>
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Es ist aber noch nie passiert, daß Wärme vom Kälteren zum Wärmeren fließt, was den
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Temperaturunterschied noch vergrößern würde. Die 300K warme Kugel wird nicht auf 400K aufgeheizt, während das
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Wasser auf 175 abkühlen müßte:<br>
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<center><img src="JPG/KLAT2.JPG"></center><br>
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Als weiteres Beispiel kann man eine Teigkugel betrachten, die auf ein Brett fällt:<br>
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<center><img src="GIF/BRETT.GIF"></center><br>
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<center><font face="Arial; Helvetica" size=-2><b>Abb.50</b></font></center><br>
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Durch den Aufprall erwärmt sich die Kugel (von 293 K auf 298 K).<br>
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Es ist aber noch nie passiert, daß eine Teigkugel unter Abkühlung plötzlich nach oben springt:<br>
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<center><img src="GIF/BRETT2.GIF"></center><br>
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<center><font face="Arial; Helvetica" size=-2><b>Abb.51</b></font></center><br>
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Das würde aber nicht dem 1. Hauptsatz widersprechen, da dieser nur aussagt, daß die Summe der Energien
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immer gleich sein muß, und das wäre sie bei einem solchen Vorgang.<br>
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Um eine Aussage machen zu können, in welche Richtung ein Vorgang abläuft, wird eine Gleichung benötigt, die sich
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nur auf den Anfangszustand eines <a href="DEF.HTM#Sys">Systems</a>
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und den darauf ausgeübten Zwang bezieht. <a href="DEF.HTM#iso">Isolierte Systeme</a> streben immer dem
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<a href="DEF.HTM#Gl">Gleichgewicht</a> zu. Dabei muss eine Größe die Antriebskraft sein. 1850 wurde sie
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von <a href="WORT.HTM#Clau">Clausius</a> die <a href="ENTROPIE.HTM">Entropie</a> S genannt. Der
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1. Hauptsatz beschreibt die Energiefunktion U und der 2. die Entropiefunktion. Genauso wie die innere Energie U
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ist auch der 2. Hauptsatz eine Zustandsfunktion.
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Die Gesamtentropie in einem isolierten System kann nie kleiner werden, d.h. sie kann nur größer werden oder
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gleich bleiben. Ein System kann sich nicht mehr verändern, wenn die Entropie ihren
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Maximalwert erreicht hat, das System befindet dann sich im Gleichgewicht.<br>
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In einem <a href="DEF.HTM#gesch">geschlossenen System</a> das im Gleichgewicht steht gilt: <br>
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<center><img src="JPG/S.JPG"></center><br>
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Solch eine Reaktion muß unter totaler <a href="WORT.HTM#reve">Reversibilität</a> ablaufen. Totale Reversibilität heißt, daß die Reaktion
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unendlich langsam verlaufen muß, damit immer überall gleiche <a href="WORT.HTM#Temp">Temperatur</a> und
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<a href="WORT.HTM#Dru">Drücke</a> herrschen. Beispielsweise wirbeln <a href="WORT.HTM#Gas">Gas</a>moleküle
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in einem Gas, das expandiert wird, durcheinander und bilden Turbulenzen, sodaß die exakte Umkehr dieses
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Prozesses unmöglich ist. Expandiert man dagegen unendlich langsam, sodaß sich keine Turbulenzen o.ä. bilden, dann
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ist die Umkehr schon eher möglich.<br>
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Daran kann man sehen, daß eine reversible Reaktion einen Idealfall darstellt, der zwar manchmal fast
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erreicht wird, aber in der Realität nie ganz erreicht werden kann.<br>
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Theoretisch wird die Reverisbilität jedoch behandelt. Man sagt, daß in einem geschlossenen System, in dem die
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Temperatur und der Druck gleich bleiben, ein spontaner reversibler Ablauf folgende Entropieänderung hat:<br><br>
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<center><img src="JPG/2HS1.JPG"></center><br><br>
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Bei der Temperatur T nimmt das System die Wärmemenge Q<sub>rev.</sub> (=Wärmemenge bei reversiblem Prozeß) auf.<br>
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Daraus folgt, daß die Entropieänderung der Umgebung sich wie folgt definiert:<br>
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<center><img src="JPG/UMGEBUNG.JPG"></center><br>
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Alle Vorgänge können entweder als reversibel oder als <a href="WORT.HTM#irre">irreversibel</a> eingeordnet werden. Irreversibel bedeutet, daß
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der genaue Ablauf des Prozesses nicht mehr exakt umkehrbar ist. Bei diesen Vorgängen muß die Entropie immer
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zunehmen, deswegen ist ihre Änderung wie folgt definiert :<br><br>
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<center><img src="JPG/2HS2.JPG"></center><br><br>
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In einem geschlossenen System muß die Summe der Entropien des Systems und der Umgebung kleiner als 0 sein:<br>
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<center><img src="JPG/S2.JPG"></center><br>
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Der 2. Hauptsatz beschreibt die Richtung der Energieumwandlung. Wenn man z. B. einen fest verschlossenen
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Behälter betrachtet, in dem zwei Gase eingeschlossen sind, dann werden sich diese Gase mit der Zeit
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gleichmäßig durchmischen, d.h. einen Zustand größerer Unordnung und damit größerer Entropie einnehmen.
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Der Zustand größerer Entropie ist also der wahrscheinlichere Zustand. Aus dem 2. Hauptsatz folgt, daß Wärme nicht
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von einem Bereich mit niedriger Temperatur in einen Bereich mit höherer Temperatur übertragen werden kann, wenn
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keine Arbeit verrichtet wird.
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<a href="WORT.HTM#Per"><b>Perpetuum mobile:</b></a><br>
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Der 2. Hauptsatz hat noch eine Bedeutung für die Thermodynamik. Eine Maschine, die unter Verletzung des 2.
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Hauptsatzes Arbeit verrichten würde, wird <20>Perpetuum mobile der 2. Art" genannt. Das wäre z.B. eine Wärmekraftmaschine,
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die Wärme aus einer kalten Umgebung entnehmen könnte, um in einer warmen Umgebung Arbeit zu verrichten.
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Laut dem 2.Hauptsatz ist dies aber unmöglich. Eine Maschine, die z.B. das Wärmereservoir der Meere in Arbeit
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umwandelt kann also nicht existieren.<br>
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Von <a href="WORT.HTM#Pla">Planck</a> kam der Vorschlag diese Tatsache <b>"das Verbot des Perpetuum moblie 2.Art"</b> zu nennen.
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<b>Geschichtliche Zitate:</b><br><br>
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Der Wissenschaflter <a href="WORT.HTM#Kel">Sir Kelvin</a> formulierte:<br>
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<i>"Es ist unmöglich, eine zyklisch arbeitende Maschine zu konstruieren, die keinen anderen
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Effekt hat, als die Entnahme von Wärme aus einem Behälter und die Verrichtung eines gleichen Betrages an Arbeit."
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</i><bR><br>
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<a href="WORT.HTM#Clau">R.J.E. Clausius</a>, 1854, Satz von der Vermehrung der Entropie:<br> <i>"Bei jedem
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natürlichen Vorgang nimmt die Entropie zu."</i><br>
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Außerdem stammt von ihm:<br>
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<i>"Es ist nicht möglich eine zyklisch arbeitende Maschine zu konstruieren, die keinen
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anderen Effekt produziert als die Übertragung von Wärme von einem kälteren auf einen wärmeren Körper."</i><br>
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und seine Zusammenfassung des 1. und 2. Hauptsatzes: <br><i>"Die Energie des Universums ist konstant, die Entropie des
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Universums strebt immer einem Maximum zu, der 1. Hauptsatz ist Energieerhaltungssatz und deshalb ein
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Symmetriegesetz. Der 2. ist kein Symmetriegesetz und er drückt ein Prinzip aus, das die Symmetrie des Weltalls
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sprengt, indem es eine bestimmte Richtung seiner Veränderung fordert."</i><br><br>
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<td width=25%><center><a href="HS0.HTM" onMouseOut="swapImageRestore()" onMouseOver="swapImage('GayLussac','','GIF/0HS.GIF',0)"><img name="GayLussac" border="0" src="GIF/0HSOFF.GIF" width="50" height="50"></a> </td>
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<td width=25%><center><a href="HS1.HTM" onMouseOut="swapImageRestore()" onMouseOver="swapImage('Boyle_Geschichte','','GIF/1HS.GIF',0)"><img name="Boyle_Geschichte" border="0" src="GIF/12HSOFF.GIF" width="50" height="50"></a> </td>
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<td width=25%><center><img src="GIF/2HS.GIF" </td>
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<td width=25%><center><a href="HS3.HTM" onMouseOut="swapImageRestore()" onMouseOver="swapImage('BoyleGesetz','','GIF/3HS.GIF',0)"><img name="BoyleGesetz" border="0" src="GIF/3HSOFF.GIF" width="50" height="50"></a> </td>
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</tr>
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<Tr>
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<td width=12%><center><font size=-2 face="Arial, Helvetica">0. Hauptsatz</td>
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<td width=12%><center><font size=-2 face="Arial, Helvetica">1. Hauptsatz</td>
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<td width=12%><center><font size=-2 face="Arial, Helvetica" color="green">2. Hauptsatz</td>
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<td width=12%><center><font size=-2 face="Arial, Helvetica">3. Hauptsatz</td>
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</tr>
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</table>
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</td>
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</tr>
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<td width=47%><font size=-2 face="Arial, Helvetica"><div align="right">Vorheriges Kapitel</div></font></td>
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<td width=6%><font size=-2 face="Arial, Helvetica"></td>
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<td width=47%><font size=-2 face="Arial, Helvetica">nächstes Kapitel</td>
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</tr>
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<tr>
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<td width=47%><a href="REAKTION.HTM" onMouseOut="swapImageRestore()" onMouseOver="swapImage('Grundlagen','','GIF/LINKS.GIF',0)"><img name="Grundlagen" border="0" src="GIF/LINKSOFF.GIF" width="40" height="15" alt="Reaktionstreibende Kräfte" align="right"></a></td>
|
||
<td width=6%><a href="INHALT.HTM" onMouseOut="swapImageRestore()" onMouseOver="swapImage('Inhalt','','GIF/BALL.GIF',0)"><img name="Inhalt" border="0" src="GIF/BALLOFF.GIF" width="20" height="20" alt="Inhaltsverzeichnis"></a></td>
|
||
<td width=47%><a href="ANHANG.HTM" onMouseOut="swapImageRestore()" onMouseOver="swapImage('Reaktion','','GIF/RECHTS.GIF',0)"><img name="Reaktion" border="0" src="GIF/RECHTSOF.GIF" width="40" height="15" alt="Anhang" align="left"></a></td>
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</tr></table></center>
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</td></tr>
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<div align="right"><i><font size=-1>© by Yvonne Kristen</font><i></div>
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<th width=10 background="GIF/RAND.GIF"><img src="GIF/10PTRANS.GIF"></th>
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<table width="100%" border="0" height="34" cellpadding="0" cellspacing="0">
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<td background="JPG/SEITEN1.JPG" width=100%><img src="JPG/ENDE.JPG" width="122" height="34" border="0" vspace="0" hspace="0" align="left" USEMAP="#BildNr1"></td>
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<th width=10><img src="JPG/ECK2.JPG" width="10" height="34"></th>
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</tr>
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