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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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 Systemdynamiker Verfasst am: 20. Okt 2020 21:13 Titel: Was ist Wärme |
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In der 21. Auflage von Gerthsen Physik (2003) steht als Einleitung in die Thermodynamik folgender, hervorgehobener Satz: "Die ganze Wärmelehre lässt sich in einem kurzen Satz zusammenfassen: Wärme ist ungeordnete Molekülbewegung." Was haltet ihr von dieser Definition?
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 406
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| masterpie Verfasst am: 20. Okt 2020 23:08 Titel: |
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Habe ich mal so in Schulzeiten auch zu hören bekommen. In der 25.Auflage von 2015 ist es dann doch anders formuliert. Der Gerthsen hat sich in den letzten Jahren doch ganz schön im positiven Sinne geändert. So ist die jetzt umfangreichere Definition und Erklärung zu sehen.
Gruß, Masterpie
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Wir denken zu viel und fühlen zu wenig. (Charlie Chaplin) |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 20. Okt 2020 23:25 Titel: Re: Was ist Wärme |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | In der 21. Auflage von Gerthsen Physik (2003) steht als Einleitung in die Thermodynamik folgender, hervorgehobener Satz: "Die ganze Wärmelehre lässt sich in einem kurzen Satz zusammenfassen: Wärme ist ungeordnete Molekülbewegung." Was haltet ihr von dieser Definition? |
Nix, weil sie falsch ist ;-)
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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index_razor
Anmeldungsdatum: 14.08.2014
Beiträge: 3259
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| index_razor Verfasst am: 21. Okt 2020 09:23 Titel: |
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Ich vermute das soll einfach eine Anspielung auf  sein.
An Entropie als "Maß für Unordnung" hat man sich ja schon gewöhnt. Was in der Thermodynamik "ungeordnet" ist, ist ja im Prinzip die Anregung der mikroskopischen Freiheitsgrade, also letztlich die Bewegung der Moleküle. Wärmezufuhr wäre also eine Verteilung von Energie auf die molekularen Freiheitsgrade, die zu einem Anstieg der Entropie führt.
Obwohl der Satz im Gerthsen also m.E. in die richtige Richtung geht, hat die Formulierung Mängel; z.B. ist nicht die Bewegung selbst die Wärme, sondern eine Änderung der statistischen Eigenschaften dieser Bewegung. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 21. Okt 2020 10:10 Titel: |
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Kurz: Der Gerthsen hat den Unterschied zwischen Zustands- und Prozessgrößen nicht verstanden? Oder meint, er wäre irrelevant?
Ich habe gerade mal in die 24. Auflage bei "google books" reingeschaut; die Vorschau ist natürlich unvollständig.
Der Alltagsbegriff von Wärme und die Idee "Wärme ist kinetische Energie ungeordneter Molekülbewegung" (sic!) wird durchgehalten. Es wird auch erwähnt, "Temperatur sein ein lineares Maß für den Mittelwert dieser Energie" (sic!)
Später wird dann erwähnt, dass andere Autoren das, was bei Gerthsen als Wärme bezeichnet wird, innere Energie nennen - wodurch natürlich Temperatur als Maß für Wärme / innere Energie nicht richtiger wird.
Später geht es dann um Wärmeaustausch, -transport usw.
Gerthsen bezieht sich auf Daniel Bernoulli
"Indessen kann die Elastizität der Luft nicht nur durch Verdichtung erhöht werden, sondern auch durch Steigerung der Wärme, weil ja feststeht, daß sich Wärme durch wachsende Bewegung der Teilchen steigert ..."
Daniel Bernoulli, Hydrodynamica (1738)
Mehr Zeit verschwende ich damit jetzt nicht mehr.
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 21. Okt 2020 10:30 Titel: Verschlimmbesserung |
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Dass in der 25. Auflage die Definitionen geändert worden sind, wurde mir auch schon gesagt. Dieter Meschede hat vermutlich mitbekommen, dass die Wärme durch den ersten Hauptsatz als thermisch ausgetauschte Energie definiert wird. Mich würde noch interessieren, wie weit mein Video ( https://youtu.be/FeVAk19CS9I ) diesen Prozess beeinflusst hat.
Ich habe die Frage auch in andern Foren gestellt. Aufgrund der Rückmeldungen muss ich annehmen, dass die meisten Physiker den ersten Hauptsatz der Thermodynamik nicht verstanden haben, was nicht weiter schlimm ist. Nur diejenigen Physiker, die als Lehrer zukünftige Ingenieure ausbilden, können einen Schaden anrichten. Ohne saubere Grundlagen kann man weder Wärmekraftmaschinen noch Wärmepumpen verstehen.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 21. Okt 2020 10:49 Titel: |
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Woraus folgerst du, dass die meisten Physiker den 1. HS nicht verstanden haben? Nur weil Gerthsen früher (?) schlampig formuliert hat?
Und warum meinst du, dass dadurch niemand mehr Wärmekraftmaschinen konstruieren könne? Die Formulierung des 1. HS geht doch im wesentlichen auf Mayer, Clausius, Helmholtz u.a. zurück - die haben aber nach James Watt gelebt ;-)
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 21. Okt 2020 11:04 Titel: Verständnis |
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Meine Standardfrage an Physikerkollegen nach einer Definition der Wärme wird praktisch immer im Sinne des oben erwähnten Zitats beantwortet. Lehrbücher der technischen Thermodynamik haben einen ganz andern Fokus. Da werden die Wärme korrekt definiert, jedesmal ein Kontrollvolumen eingeführt und die Energie- und Entropiebilanz detailliert aufgestellt. Es sind dann auch die so ausgebildeten Ingenieure, welche die thermodynamischen Maschinen optimieren und anpassen. Leider erzählen die Physiklehrer an den Gymanasien und FH, was sie in ihren Vorlesungen gehört haben und nicht das, was die Fachleute brauchen.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 21. Okt 2020 12:16 Titel: Re: Verständnis |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Meine Standardfrage an Physikerkollegen nach einer Definition der Wärme wird praktisch immer im Sinne des oben erwähnten Zitats beantwortet. |
Ernsthaft? Und du hast sie nicht nach Wohnzimmer und dicken Socken gefragt, sondern im tatsächlich physikalischen Kontext?
| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Leider erzählen die Physiklehrer an den Gymnasien und FH, was sie in ihren Vorlesungen gehört haben und nicht das, was die Fachleute brauchen. |
Ob die Fachleute - welche genau? - das Maß aller Dinge sind, sei mal dahingestellt.
Lehrplan Bayern / Gymnasium / Physik 8. Klasse:
Ph 8.2 Aufbau der Materie und Wärmelehre (ca. 18 Std.)
Bereits in Jahrgangsstufe 5 haben sich die Schüler im Fach Natur und Technik einfache Aussagen des Teilchenmodells erarbeitet. Dieses Modell wird jetzt für eine genauere Vorstellung vom Aufbau der Materie in verschiedenen Aggregatzuständen und zur Deutung der inneren Energie genutzt.� Bei Berechnungen im Zusammenhang mit Änderungen� der inneren Energie beschränken sich die Schüler auf elementare Beispiele.
...
innere Energie als Summe von potentieller und kinetischer Energie der Teilchen
Änderung der inneren Energie durch Arbeit oder Wärme
Zusammenhang zwischen Temperaturänderung bzw. Änderung des Aggregatzustands� und Änderung der inneren Energie nur anhand einfacher Beispiele
...
Also alles ok
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041
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| DrStupid Verfasst am: 21. Okt 2020 12:42 Titel: Re: Verständnis |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Meine Standardfrage an Physikerkollegen nach einer Definition der Wärme wird praktisch immer im Sinne des oben erwähnten Zitats beantwortet. |
Was hast Du für Kollegen? Ich habe so etwas noch nie erlebt. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3391
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| ML Verfasst am: 21. Okt 2020 13:13 Titel: Re: Verständnis |
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Hallo,
| TomS hat Folgendes geschrieben: |
innere Energie als Summe von potentieller und kinetischer Energie der Teilchen
Änderung der inneren Energie durch Arbeit oder Wärme
Zusammenhang zwischen Temperaturänderung bzw. Änderung des Aggregatzustands� und Änderung der inneren Energie nur anhand einfacher Beispiele
...
Also alles ok |
das hat sich meines Erachtens in den Lehrbüchern mittlerweile gebessert. Ich habe die Gerthsen-Definition auch schon oft gehört und wurde auch schon (in einer anderen Schule als jetzt) von einem Kollegen angesprochen, die Sache mit Zustands- und Prozessgrößen sei zu kompliziert für Schüler.
Viele Grüße
Michael |
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 21. Okt 2020 13:41 Titel: Re: Verständnis |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | Ich habe die Gerthsen-Definition auch schon oft gehört und wurde auch schon (in einer anderen Schule als jetzt) von einem Kollegen angesprochen, die Sache mit Zustands- und Prozessgrößen sei zu kompliziert für Schüler.
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Man muss ja nicht gleich mit Fachbegriffen um sich werfen, aber was spricht dagegen zu sagen: "Wärme ist die Energie, die zwischen zwei Systemen aufgrund unterschiedlicher Temperaturen übertragen wird"?
Viele Grüße,
Nils |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 21. Okt 2020 14:50 Titel: Re: Verständnis |
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| Nils Hoppenstedt hat Folgendes geschrieben: | | ML hat Folgendes geschrieben: | Ich habe die Gerthsen-Definition auch schon oft gehört und wurde auch schon (in einer anderen Schule als jetzt) von einem Kollegen angesprochen, die Sache mit Zustands- und Prozessgrößen sei zu kompliziert für Schüler.
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Man muss ja nicht gleich mit Fachbegriffen um sich werfen, aber was spricht dagegen zu sagen: "Wärme ist die Energie, die zwischen zwei Systemen aufgrund unterschiedlicher Temperaturen übertragen wird"?
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Nix.
Ich halte auch den Unterschied zwischen Prozess- und Zustandsgrößen für ziemlich simpel: das eine geht rein oder raus, das andere ist drin. Blöd ist schlicht der Begriff "Wärme"; würde man Wärmetransport, -transfer, -übertragung o.ä. sagen, wäre alles klar.
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 21. Okt 2020 15:49 Titel: Re: Verständnis |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: |
Ich halte auch den Unterschied zwischen Prozess- und Zustandsgrößen für ziemlich simpel: das eine geht rein oder raus, das andere ist drin. |
Wobei die Bezeichnungen in der Thermodynamik auch nicht wirklich konsequent sind. Begriffe wie "Wärmeinhalt" oder "Wärmereservoir" hören sich ja schon so an, als ob Wärme etwas ist, das irgendwo drin ist.
- Nils |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041
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| DrStupid Verfasst am: 21. Okt 2020 16:40 Titel: Re: Verständnis |
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| Nils Hoppenstedt hat Folgendes geschrieben: | | Begriffe wie "Wärmeinhalt" oder "Wärmereservoir" hören sich ja schon so an, als ob Wärme etwas ist, das irgendwo drin ist. |
Diese Begriffe sind zumindest grenzwertig. "Wärmeinhalt" kann sinnvoll sein, wenn es sich beispielsweise auf latente Wärme oder den Teil der inneren Energie bezieht, der nicht als Arbeit abgegeben werden kann (T·S). "Wärmereservoir" halte ich generell für unangebracht. Noch schlimmer ist aber "Kältereservoir". Sinnvolle Alternativen sind "Wärmequelle" und "Wärmesenke". |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 21. Okt 2020 18:57 Titel: Re: Verständnis |
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| Nils Hoppenstedt hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: |
Ich halte auch den Unterschied zwischen Prozess- und Zustandsgrößen für ziemlich simpel: das eine geht rein oder raus, das andere ist drin. |
Wobei die Bezeichnungen in der Thermodynamik auch nicht wirklich konsequent sind. Begriffe wie "Wärmeinhalt" oder "Wärmereservoir" hören sich ja schon so an, als ob Wärme etwas ist, das irgendwo drin ist. |
Stimmt schon.
Irgendwie ist die Thermodynamik nie wirklich aus der Alchimistenecke und Hexenküche rausgekommen; aber sie funktioniert halt ;-)
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041
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| DrStupid Verfasst am: 21. Okt 2020 23:24 Titel: Re: Verständnis |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Irgendwie ist die Thermodynamik nie wirklich aus der Alchimistenecke und Hexenküche rausgekommen; aber sie funktioniert halt ;-) |
Wenn Du die Thermodynamik schon für Alchemie und Hexenküche hältst, dann solltest Du mal präparative Chemiker erleben. Da verliert man den Glauben an unabhängige Reproduzierbarkeit. |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
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| Systemdynamiker Verfasst am: 22. Okt 2020 08:46 Titel: Prozessgrösse und Zustandsgrösse |
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Die Begriffe Zustandsgrösse, Prozessgrösse und Austauschgrösse sollten ausserhalb der TD geklärt werden, z.B. anhand eines Pumpspeicherwerks und der Grösse Masse. Die Wassermasse des Speicher- und des Tiefsees sind Zustandsgrössen. Die Masse, die den See verlässt oder ihm zugeführt wird, ist eine Austauschgrösse. Die Masse, die durch das Kraftwerk geführt wird, ist eine Prozessgrösse. Der Prozess kann quasistatisch mit der Masse oder dynamisch mit Massenströmen und Massenänderungsraten beschrieben werden.
Nimmt man die Energie dazu, ist die im See (?) gespeicherte Energie auch eine Zustandsgrösse, die mit der Masse ausgetauschte Energie eine Austauschgrösse und die vom Kraftwerk umgesetzte Energie eine Prozessgrösse.
Wenn man die Masse nicht kennen würde, könnte man sie bei reversibler Prozessführung über die Energiebilanz einführen. Der Energieaustausch geteilt durch das zugehörige Gravitationspotential (g*h) ergäbe dann die ausgetauschte Masse. Eine solche Herleitung wäre schon ziemlich alchemistisch.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 22. Okt 2020 09:09 Titel: Re: Prozessgrösse und Zustandsgrösse |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Die Begriffe Zustandsgrösse, Prozessgrösse und Austauschgrösse sollten ausserhalb der TD geklärt werden, z.B. anhand eines Pumpspeicherwerks und der Grösse Masse. |
Warum sollte man das tun, wenn es doch um Thermodynamik geht?
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index_razor
Anmeldungsdatum: 14.08.2014
Beiträge: 3259
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| index_razor Verfasst am: 22. Okt 2020 13:02 Titel: Re: Prozessgrösse und Zustandsgrösse |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Die Begriffe Zustandsgrösse, Prozessgrösse und Austauschgrösse sollten ausserhalb der TD geklärt werden, z.B. anhand eines Pumpspeicherwerks und der Grösse Masse. |
Die Unterscheidung wird aber erst dadurch wirklich relevant, daß es Prozeßgrößen, wie z.B. Wärme, gibt, zu denen keine entsprechende Zustandsgröße existiert. Anhand der Masse wird dieser Unterschied nicht deutlich. |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 22. Okt 2020 19:42 Titel: Druck und Kraft |
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Druck ist eine Zustandsgrösse, Kraft ist eine Austauschgrösse. Entropie wird oft als Zustandsgrösse definiert. Entropie kann aber auch ausgetauscht werden. Zustands-, Austausch- und Prozessgrösse haben keine grosse Erklärkraft. Viel wichtiger ist die Energie, die Masse, den Impuls oder die Entropie sauber zu bilanzieren. Aber diese Betrachtungsweise findet man meist nur in der technischen Thermodynamik. Die Ingenieure müssen die TD begreifen und auf technische Systeme anwenden können.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18028
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| TomS Verfasst am: 22. Okt 2020 23:02 Titel: Re: Druck und Kraft |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Druck ist eine Zustandsgrösse, Kraft ist eine Austauschgrösse. |
Kraft ist keine thermodynamische Größe.
| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Entropie wird oft als Zustandsgrösse definiert. |
Entropie ist eine Zustandsgröße.
| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Entropie kann aber auch ausgetauscht werden. |
Nicht im Sinne einer Prozessgröße.
Zur Erklärung:
Der Zustand eines thermodynamischen Systems wird mathematisch als Punkt auf einer differenzierbaren Mannigfaltigkeit aufgefasst. Ein vollständiger Satz von Zustandsgrößen beschreibt den Zustand des Systems eindeutig.
Prozessgrößen treten ausschließlich bei Zustandsänderungen auf. Sie beschreiben den Weg einer Zustandsänderung bzw. sind wegabhängig, während Zustandsgrößen bzw. die Differenz von Zustandsgrößen zweier Zustände wegunabhängig sind.
Das ist m.E. fundamental.
| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | Zustands-, Austausch- und Prozessgrösse haben keine grosse Erklärkraft. Viel wichtiger ist die Energie, die Masse, den Impuls oder die Entropie sauber zu bilanzieren. Aber diese Betrachtungsweise findet man meist nur in der technischen Thermodynamik. Die Ingenieure müssen die TD begreifen und auf technische Systeme anwenden können. |
Ich halte es für ziemlich bitter, einen Thread zu eröffnen, in dem Physikern pauschal vorgeworfen wird, Thermodynamik nicht richtig zu verstehen, und dann sowas abzuliefern.
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