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Sonnenentropie
 
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Science_Joggl



Anmeldungsdatum: 15.02.2018
Beiträge: 30

Beitrag Science_Joggl Verfasst am: 05. Mai 2018 10:57    Titel: Sonnenentropie Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo,

bei einer Aufgabe wird mir gerade klar, dass ich noch nicht ganz verstanden habe, wann die Entropie positiv bzw. negativ ist, sprich ob der Prozess reversibel oder irreversibel ist.

Zur Aufgabe:
In Deutschland hat die absorbierte Strahlung der Sonne eine über das Jahr gemittelte Leistung von etwa 120 W pro Quadratmeter horizontaler Fläche der Erde. Die Temperatur der Sonnenoberfläche ist etwa 6000 K, die der Erde rund 300 K.
(a) Wie viel Energie erhält die Erde dadurch innerhalb eines Jahres?
(b) Schätzen Sie die Entropieproduktion innerhalb eines Jahres für einen Quadratmeter Erdoberfläche ab. Berücksichtigen Sie dabei auch die Entropieänderung der Sonne.

Meine Ideen:
zur a)



zur b)




da:




So, nun soll man ja die Gesamtentropieproduktion für einen Erdoberfläche angeben.
Hier bin ich mir nun nicht sicher ob man und einfach addiert oder ob negativ ist, wovon ich eher ausgehe, mit der Begründung, dass Energie von dem Quadratmeter Erde aufgenommen wird.
Das würde aber heißen:


Betrachtet man nun Sonne/Erde aber als abgeschlossenes System würde dies dem zweiten Hauptsatz widersprechen wonach die Entropie in einem gschlossenen System mit der Zeit ja immer zunehmen muss.

Kann mir das jemand erklären?

Vielen Dank smile
Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen

Beitrag Systemdynamiker Verfasst am: 05. Mai 2018 12:12    Titel: Entropieproduktion Antworten mit Zitat

Entropie wird in der Sonne und auf der Erde produziert. Wo und wie die Entropie produziert wird, ist nicht so einfach zu beantworten. Also nehmen wir die Erde als Bilanzgebiet. Bezüglich der Energie ist die Erde im Fliessgleichgewicht (einfallender und abgestrahlter Energiestrom sind gleich stark). Die Stärken der zugehörigen Entropieströme sind 4/3 mal Stärke des Energiestromes geteilt durch die Temperatur des Strahlers. Der mittlere Entropiestrom von der Sonne hat demnach ein Stärke von 4/3*Energiestrom/Temperatur der Sonne. Mit der Absorption heizt sich die Fläche lokal auf. Hier gilt: Änderungsrate der Entropie gleich einfallender Energiestrom geteilt durch aktuelle Temperatur des absorbierenden Körpers. Die Differenz ergibt dann die Produktionsrate und aufsummiert über das ganze Jahre die produzierte Entropie. Mit der Abstrahlung von der Erde entsteht nochmals Entropie (Faktor 4/3 statt 1). Die Erde ist bezüglich Energie und Entropie kein geschlossenes System, strahlt sie doch etwa 20 mal mehr Entropie ab als sie von der Sonne bekommt. Nur so ist Leben möglich.
_________________
Herzliche Grüsse Werner Maurer
Science_Joggl



Anmeldungsdatum: 15.02.2018
Beiträge: 30

Beitrag Science_Joggl Verfasst am: 05. Mai 2018 12:35    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank für die schnelle Antwort smile
D.h. also Entropiestrom der Sonne:


Wie kommst Du hier auf den Faktor ?

Nun müsste ich Deiner Erklärung nach den Entropiestrom der Erde wie folgt berechnen:



Warum fehlt hier der von Dir oben eingeführe Faktor von ?

Dann sagst Du die Entropieproduktion ist die Differenz aus beiden. Warum die Differenz wenn Du doch eingangs sagst, dass Entropie auf der Erde und der Sonne produziert wird? Müsste es dann nicht die Summe aus beidem sein?

Dann sagst Du noch, dass beim der Abstrahlung der Erde nochmals Entropie entsteht. Diese wird anscheinend wieder mit dem Faktor von oben berechnet. Warum ist der hier wieder notwendig?
Müsste ich diese durch Abstrahlung erzeugte Entropie dann dazurechnen oder auch abziehen?

Nochmal danke für die Antwort smile

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"Das Wunder der Anwendbarkeit der Sprache der Mathematik für die Formulierung
physikalischer Gesetze ist ein Geschenk, das wir weder verstehen noch verdienen" - Eugene Wigner
Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen

Beitrag Systemdynamiker Verfasst am: 05. Mai 2018 15:34    Titel: Bilanz Antworten mit Zitat

Die absolute Temperatur ist nur bei Wärmeleitung und der damit verbunden Speicherung gleich dem Quotient von Energie und Entropie. Bei konvektiven Transporten hängt der Faktor vom Stoff ab. Die Strahlung ist in einer gewissen Weise auch ein konvektiver Transport. Der Faktor 4/3 ergibt sich aus der Strahlung in einem Hohlraum.

Wenn man zwei Meerschweinchen kauft und nach ein paar Wochen alle 12 Meerschweinchen weiter verkauft, beträgt die Produktion 10 Meerschweinchen. So ist es auch mit der Entropie. Die Produktion ist gleich Abfluss minus Zufluss (wenn man Zuflüsse positiv und Abflüsse Negativ zählt, ist die Produktion gleich minus der Summe).

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Herzliche Grüsse Werner Maurer
Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen

Beitrag Systemdynamiker Verfasst am: 05. Mai 2018 15:39    Titel: Entropieproduktion Antworten mit Zitat

Entropie wird im Innern der Sonne, beim Aufbau des Strahlungsfeldes, bei der Absorption an der Erdoberfläche und beim Aufbau des Strahlungsfeldes der Erde produziert. Die Frage ist, welche Produktion man berechnen will. Gemäss Deiner Frage soll nur die Entropieproduktion bei der Absorption berechnet werden (das ist auch der grösste Teil). Ersetz man den absorbierenden Körper durch Solarzellen, verkleinert sich die Produktionsrate.
_________________
Herzliche Grüsse Werner Maurer
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