Entropie

Albert Einstein nannte das Entropiegesetz das "erste Gesetz aller Wissenschaften", Arthur Eddington das "erhabene metaphysische Gesetz des gesamten Universums", Christian Schütze "Das Grundgesetz vom Niedergang"

Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

1. Hauptsatz, Energie-Erhaltungssatz

"Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant." Energie kann weder geschaffen noch vernichtet werden. Sie kann nur zwischen Energieformen umgewandelt werden, beispielsweise von Bewegungsenergie in Wärme.

Am besten lässt sich das demonstrieren an Hand der Wärme. In der Wärme steckt ja offenbar eine Energieform. Wenn man Wasser so stark erhitzt, dass es verdampft, kann man mit diesem Dampf eine Dampfmaschine antreiben und damit z.B. ein Fahrzeug oder ein Schiff fortbewegen.

Die Energie, die in der Wärme steckt, hängt von ihrer Temperatur ab. Mit kochend heißem Wasser kann man einen Tee aufbrühen, aber wenn der Tee langsam in der Tasse erkaltet, wird die Energie an die umgebenden Luftmoleküle abgegeben. Die Luft wird sich um ein Bruchteil eines Grades erwärmen - aber nicht nur spüren wir nichts davon, wir können vor allem den Vorgang nicht mehr rückgängig machen - ohne eine Menge Energie (z.B. Wärme mit höherer Temperatur) aufzuwenden. Beim Abkühlen des Tees geht also etwas verloren - nicht Energie, da ist der Erhaltungssatz vor, aber, man könnte sagen, Qualität der Energie, ihre Fähigkeit, Arbeit zu leisten.

"Es ist, als würde bei einer solchen Umwandlung vom Heißeren zum Kühleren etwas entstehen, was die Wärmeenergie gewissermaßen entwertet - und durch nichts mehr wegzukriegen ist.

Dieses Etwas nannte Clausius die Entropie, nach dem griechischen Wort „tropê“ für "Umwandlung". Die klangliche Ähnlichkeit zu "Energie" ist kein Zufall. Denn wie diese dem Energieerhaltungssatz gehorcht, den Thermodynamiker auch "Ersten Hauptsatz der Wärmelehre" nennen, so folgt die Entropie einem zweiten ebenso grundlegenden Satz: In geschlossenen Systemen, die mit ihrer Umgebung weder Energie noch sonst etwas austauschen, kann die Entropie niemals abnehmen.

Wie die Energie ist Entropie eine mengenmäßige Größe, die von einem Ort zum anderen strömen kann. Wie die Energie kann sie nicht zerstört werden: Um die Entropie irgendeines Körpers zu erniedrigen, muß man sie woandershin pumpen." (Ulf von Rauchhaupt, Entropie, in: faznet Wissen, Physik und Chemie)

2. Hauptsatz, Entropiegesetz

Die Entropie ist in der statistischen Thermodynamik ein Maß für den Zufallsgrad der Elementanordnung in einem geschlossenen System. Gemäß dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik kann die Entropie in einem isolierten System nicht abnehmen; sie bleibt konstant bei reversiblen Zustandsänderungen der Elemente und wächst bei irreversiblen. Da nun Energietransformationen nur im Idealfall umkehrbar sind, erreicht ein sich selbst überlassenes, abgeschlossenes System irgendwann einen wahrscheinlichsten Zustand, bei dem sich die gesamte Energie in Wärmeenergie verwandelt hat und auf alle Elemente gleichmäßig verteilt ist. (Krieg 1971:50)

"Alle natürlichen und technischen Prozesse sind mit Energieumwandlung und Entropieproduktion verbunden ... In dem von jedem System angestrebten thermodynamischen Gleichgewicht wird jeder zugängliche Mikrozustand mit derselben Wahrscheinlichkeit eingenommen. In diesem Sinne ist die Entropie ein Maß für Zufälligkeit oder Unordnung [randomness]. Müll bezeichnet ein mehr oder weniger wertloses Durcheinander von Dingen. Der entropische "Müll" enthält auch wertlose Energie, genannt Anergie, d.h. Wärme bei Umgebungstemperatur. Entropieproduktion beim Streben eines Systems ins thermodynamische Gleichgewicht ... verschlechtert den wertvollen, arbeitsfähigen Teil der Energie, die Exergie, zu Anergie und ist in der Regel mit einer Ausbreitung von Stoffen im Raum verbunden" (Kümmel 1996: 11).



 
 
 
 
 
 
AUSSTIEG AUS DEM CRASH