Energie und Entropie

wsunter · Gast

Meine Frage:
Hallo, ich habe eine Frage zum o.g. Thema:
Ein Axiom lautet ja, dass jedes stoffliche System eine Tendenz zu immer größerer Unordnung hat, und dass die Aufrechterhaltung oder "Schaffung" von Ordnung Energie erfordert. Im folgenden zwei Beispiele, die für mich auf dem ersten Blick absolut konträr erscheinen:

Energiequelle Sonne ; Stoffsystem Erde -> Durch Energiestrahlung der Sonne wird ein (hoher) Ordnungsgrad erschaffen (z.B. Fotosynthese bei Pflanzen) oder zumindestens aufrechterhalten (allg. Leben auf der Erde)

Energiequelle Herd(platte) ; Stoffsystem Wasser im Topf -> Durch Energieabsonderung des Herds wird das Wasser im Topf erwärmt; dieses siedet, verdampft...und das stellt ja zweifelsohne eine ZUnahme der UNordnung dar

Gilt das o.g. Axiom im zweiten Beispiel nicht mehr, oder mache ich hier einen Fehler bei der Überlegung??

Meine Ideen:
s.Frage

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

wsunter · Gast

Aber das hieße ja, beim ersten Beispiel gilt das Axiom bzgl. der Energie und Entropie weniger.
Ist dieses Axiom nun ganz falsch, oder muss man es besser formulieren oder muss man es anders verstehen...?

wsunter · Gast

Und noch ein Beispiel: ("Anti-")Energiequelle: Kühlschrank ; Stoffsystem: Lebensmittel, die ohne Funktion des Kühlschranks verderben würden;
hier wird dem Stoffsystem zweifelsohne keine Energie zugeführt, sondern umgekehrt.
Ist die Definition von Entropie, die ich im ersten Posting geschrieben habe (Grad der Unordnung), nun völlig falsch?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Zunächst mal gibt es in der Physik keine Axiome, also keine unmittelbar einsichtigen, nicht beweisbaren bzw. nicht eines Beweises bedürfenden Wahrheiten; das wäre Mathematik.

In der Physik gibt es Naturgesetze, und dabei insbs. Hauptsätze, die die Grundlage einer Theorie darstellen, und die zwar ebenfalls nicht mathematisch beweisbar jedoch prinzipiell immer experimentell überprüfbar sind.

Im vorliegenden Fall sprechen wir von den Hauptsätzen der Thermodynamik, insbs. vom zweiten Hauptsatz. Dieser lautet - in der Formulierungen nach Clausius

"Es gibt keine Zustandsänderung eines thermodynamischen Systems, deren alleiniges Ergebnis die Übertragung von Wärme von einem Körper niederer auf einen Körper höherer Temperatur ist."

Damit in gewisser Weise äquivalent ist die Formulierung

"In einem abgeschlossenen, adiabaten thermodynamischen System kann die Entropie nicht abnehmen, sie nimmt in der Regel zu. Nur bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant."

Entropie ist dabei eine thermodynamische Zustandsgröße. Der zweite Hauptsatz formuliert mathematisch eine Entropiebilanz; diese stellt eine Beziehung zwischen der Änderung der Entropie, der innerhalb des Systems dissipierte Arbeit, der ausgetauschten Wärme sowie der Temperatur. Im Falle offener Systeme muss außerdem der Stofftransport über die Systemgrenze betrachtet werden.

Diese Definitionen sind rein thermodynascher Natur, d.h. einem makroskopischen System werden bestimmte Zustandsgrößen zugeschrieben, die das System als Ganzes beschreiben; Beispiele sind Druck P, Volumen V, Entropie S u.a.

Die Entropie als "Maß der Unordnung" setzt voraus, dass eine mikroskopische Beschreibung des Systems bekannt, z.B. dass ein Gas aus Atomen besteht, und dass man daraus die makroskopischen Größen ableiten kann; dies ist Aufgabe der statistischen Mechanik.

Der Zusammenhang zwischen der mikroskopischen Beschreibung und den makroskopischen Zustandsgrößen ist dabei teilweise recht kompliziert. Liegt keine mikroskopischen Beschreibung vor, so ist die Entropie als "Maß der Unordnung" kein wirklich sinnvoller Begriff.

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Entropie als Unordnung zu bezeichnen ist unglücklich, weil wir mit Unordnung etwas ganz anderem assoziieren. In mikroskopischer Betrachtungsweise ist die Entropie eher etwas wie eine Möglichkeit, nämlich die Zahl der möglichen Anordnung makroskopisch ununterscheidbarer Zustände. Dabei ist wichtig, dass sich die Teilchen nicht unterscheiden, also zum Beispiel nicht durchnummeriert werden können.

In der Thermostatik ist die Entropie eine Zustandsfunktion, was aber wenig aussagt, sind doch Volumen, Stoffmenge, Druck, Temperatur, chemisches Potential und einige andere Grössen auch Zustandsfunktionen. Entscheidende Eigenschaft der Entropie ist ihre Bilanzierfähigkeit: Entropie kann gespeichert, ausgetauscht und erzeugt werden. Mit dieser Betrachtungsweise kann man die Erde als Bilanzgebiet abgrenzen und dann die von der Sonne her zufliessende und an den Weltraum abfliessende Entrope ermitteln und bilanzieren. Dann sieht man, dass etwa zwanzig mal mehr Entropie von der Erde weggeht als zufliesst. Und damit kann man leben.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Quantenphysik · Gast

Textuell würde ich Entropie als ein Maß für die Anzahl der Realisierungsmöglichkeiten einer Häufigkeitsverteilung beschreiben.