Kapitel 12

Was zunächst eine reine Definition war, hat später Planck [1911] (Thermodynamik, 3rd Ed. Leipzig: Veit &Co. ) als die wohl “einfachste” Formulierung des 3. HS genutzt. Sie wird erst anhand der von Boltzmann erarbeitetenstatistischen Definition der Entropie (s. Kap. 12.7, insbesondere Kap. 12.7.1) verständlich.Es gibt noch eine ganze Reihe anderer Formulierungen des 3.HS´sNernstsches Prinzip:Die Entropieänderung eines reversiblen Prozesses geht gegenNull, wenn die Temperatur gegen Null gehtNernstsches Wärmetheorem:Die maximale Arbeit die ein Prozess leisten kann, errechnet sich ausder Wärme, die dieser Prozess bei T→0 freisetzt (denn dann geht derCarnot´sche Wirkungsgrad: ε1Folglich:wmaxsystemBeobachtung:→− qHrev−wsystemTK= = − gegen → 1!q THHBei dem Versuch, immer tiefere Temperaturen zu erreichen, stellte man fast, dass es mit abnehmenderTemperatur immer schwieriger wurde, die Temperatur durch Wärmeentzug noch weiter abzusenken. ⇒Nernstsche Behauptung:Es ist unmöglich T=0 in endlich vielen Schritten zu erreichen!Walther Nernst[1864-1941]Erklärung: Je tiefer die Temperatur, desto kleiner S: die Energie ist auf zunehmend wenigerFreiheitsgrade verteilt. Es wird zunehmend schwieriger an die verbleibenden wenigen FG anzukoppeln,um Energie abzuführen.12.7. Mikroskopische (statistische) Interpretation der EntropieErinnerung: Kriterium für einen spontanen ProzessEin Prozess läuft spontan so ab, dass die Gesamtenergie des abgeschlossenen Systems möglichst"gleichmäßig" (d.h. ungeordnet) verteilt ist ⇒ GleichgewichtDas System strebt dem Zustand maximaler Wahrscheinlichkeit zuFrage: Wie können wir das quantifizieren?Die Wahrscheinlichkeit ist proportional zur Anzahl der verschiedenen Möglichkeiten Ω, dieGesamtenergie auf Zustände der verschiedenen Freiheitsgrade des Systems zu verteilen.Das ist aber gerade die Zahl aller Kombinationsmöglichkeiten eine bestimmte die Gesamtenergie zuerhalten, die wir bei der Ableitung des Boltzmannfaktors berechnet hatten (vgl. Abb. unten):WS2012 Entropie, freie Enthalpie + Gibbs´sche Gl. 239 3.Entwurf © Dr. Ogrodnik