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6 2. Hauptsatz der Wärmelehre Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik (vgl. Abschnitt 3.3) ist ein allgemeingültiger Erfahrungssatz. Er ist nicht beweisbar, aber alle aus ihm abgeleiteten Folgerungen stehen in Einklang mit den physikalisch beobachteten experimentellen Ergebnissen. Der 1. Hauptsatz sagt aber nichts darüber aus, in welcher Richtung physikalische Prozesse von selbst ablaufen. Der 1. Hauptsatz erlaubt Vorgänge, die in der Natur nicht beobachtet werden. Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik macht Aussagen darüber, welche Prozesse nicht umkehrbar sind. Er beruht wie der 1. Hauptsatz auf allgemein gültigen Erfahrungen. Einige Beispiele sollen dies erläutern. Sie widersprechen zwar nicht dem 1. Hauptsatz, werden aber trotzdem nicht beobachtet. • Ein zu Boden gefallener Lehmkloß wird beim Aufprall verformt. Seine kinetische Energie wird in Verformungsarbeit und thermische Energie umgesetzt. Die damit verbundene Temperaturzunahme bewirkt eine Wärmeabgabe an die Umgebung. Der umgekehrte Vorgang ist noch nie beobachtet worden. • Wärme fließt von selbst nur vom wärmeren zum kälteren Körper. Oder haben Sie sich schon einmal zum Aufwärmen auf einen Eisblock gesetzt? • Mischbare Flüssigkeiten wie Milch und Kaffee mischen sich im Verlauf der Zeit von selbst. Eine Entmischung ohne Eingriff von außen wird aber nicht beobachtet. (Wenn sich nicht mischbare Flüssigkeiten wie Öl und Wasser oder Milch und Rahm im Verlauf der Zeit trennen, so ist dies auf eine Einwirkung von außen, nämlich auf die Gravitationskraft zurückzuführen.) • Ein Pfirsich fault nach einiger Zeit von selbst. Eine faule Frucht wird sich aber niemals in eine makellose zurück verwandeln. Die gleiche Überlegung gilt für die Karies in den Zähnen. • Es lässt sich keine Maschine konstruieren, die für den Antrieb eines Schiffes die Antriebsenergie durch Wärmeentzug aus dem Meerwasser gewinnt, falls nicht ein zweites, kälteres Wärmebad zur Verfügung steht. Den vier erstgenannten Beispielen ist gemeinsam: Ihr Ablauf kehrt sich nicht von selbst um. Die von der Natur vorgegebenen Grenzen über den Ablauf thermodynamischer Prozesse erfasst der 2. Hauptsatz. Er beruht auf Erfahrung; er kann, nach dem letzten genannten Beispiel, ingenieurmäßig folgendermaßen formuliert werden: "Es gibt keine periodisch arbeitende Maschine, die nichts anderes bewirkt als die Erzeugung von mechanischer Energie aus Wärme, die einer Wärmequelle entnommen wird; es ist vielmehr notwendig, dass gleichzeitig Wärme an eine Wärmesenke abgegeben wird." Diese Aussage, die die Umwandlung von Wärme in Arbeit einschränkt, ist in Abb. 6-01 grafisch dargestellt. Dies ist nur eine von vielen gleichberechtigten Formulierungen, die einen bestimmten Prozess als unmöglich klassifizieren. Weitere mögliche Formulierungen sind: "Wärme kann nie von selbst von einem Körper niederer Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen." (R. CLAUSIUS) "Es gibt kein Perpetuum mobile 2. Art." Definition: Ein Perpetuum mobile 2. Art ist eine periodisch arbeitende Maschine, die zugeführte Wärme vollständig in Arbeit überführt. Wärmelehre – Abschnitt 6 - 72 - ’2. Hauptsatz der Wärmelehre’
Wärmebad T 2 Dem Wärmebad T 2 entzogene Wärme Q 2 Systemgrenze Abgegebene Arbeit W An das Wärmebad T 1 abgegebene Wärme Q 1 Wärmebad T 1 Abb. 6-01: Zur Umwandlung von Wärme in Arbeit – einfache Wärmekraftmaschine. 6.1 Reversible und irreversible Prozesse Irreversible Prozesse Man nennt einen Prozess irreversibel, wenn der Prozess nur (was immer auch an Methoden, Tricks und Apparaten verwendet werden mag) dadurch rückgängig gemacht werden kann, dass eine Veränderung in der Umgebung zurückbleibt. Reversible Prozesse Ein reversibler Prozess ist ein idealisierter Vorgang, der ebenso gut in der umgekehrten Richtung ablaufen kann, ohne dass Veränderungen in der Umgebung zurückbleiben. Dabei braucht der Weg nicht der gleiche zu sein, Hinweg und Rückweg können verschieden sein. Zu den reversiblen Prozessen gehören alle Vorgänge der Mechanik, die idealisierend als reibungsfrei angenommen werden. Die Wegunabhängigkeit lässt sich am Pendel erläutern. Bei jedem Pendel kann eine Schwingung in zwei Halbschwingungen aufgeteilt werden. Die zweite Halbschwingung macht die Veränderungen der ersten Halbschwingung rückgängig und bringt das System in den Ausgangszustand zurück. Beim Fadenpendel erfolgt diese Rückschwingung auf derselben Bahn wie die Hinschwin- Wärmelehre – Abschnitt 6 - 73 - ’2. Hauptsatz der Wärmelehre’
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Wärmelehre Skript Idee: Jürgen Gi
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Wärmelehre In der Mechanik wird be
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Der Schmelzvorgang, also der Überg
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Dies entspricht der Standardabweich
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Molare Masse oder Molmasse M Die mo
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Beispiele Aus Volumen V und Masse m
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