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Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt: "Die Entropie im Universum nimmt tendenziell mit der Zeit zu."

Aus dem zweiten Prinzip folgt, dass zwar alle Arbeit in Wärme umgewandelt werden kann, jedoch nicht die gesamte Wärme in Arbeit umgewandelt werden kann. Der maximale Wirkungsgrad, der erreicht werden kann, ist der Carnot-Wirkungsgrad.

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik muss jeder Prozess, der in einem bestimmten System abläuft, dem Prinzip der Energieeinsparung einschließlich des Wärmeflusses entsprechen.

Die gleichung: Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

es stellt mit anderen Worten fest, dass jeder Prozess, dessen einziger Zweck darin besteht, Energie zu erzeugen oder zu zerstören, unmöglich ist, das heißt, es leugnet die Existenz einer erstklassigen Perpetual-Motion-Maschine.

Das erste Prinzip der Thermodynamik sagt nichts über die Richtung aus, in der ein Prozess in einem System ablaufen kann.

Entropie und das zweite Prinzip der Thermodynamik

Im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist das Konzept der Entropie sehr wichtig.

Das zweite Gesetz verlangt, dass die Gesamtentropie eines Systems im Allgemeinen nicht mehr abnehmen kann als durch Erhöhen der Entropie eines anderen Systems.

Daher neigt die Entropie dieses Systems in einem von seiner Umgebung isolierten System dazu, nicht abzunehmen. Aus diesem Grund kann Wärme nicht von einem kälteren Körper zu einem wärmeren Körper fließen, ohne dass Arbeit (Auferlegung von Ordnung) auf den kälteren Körper ausgeübt wird.

Daraus folgt, dass eine Verringerung der Entropiezunahme in einem bestimmten Prozess, beispielsweise einer chemischen Reaktion, bedeutet, dass es energieeffizienter ist.

Die Anwendbarkeit eines zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ist auf Systeme beschränkt, die sich in der Nähe oder im Gleichgewichtszustand befinden.

Beispiele für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik

Diese Einschränkung in der Richtung, in der ein Prozess in der Natur stattfinden kann oder nicht, manifestiert sich in allen spontanen oder natürlichen Prozessen. In der Tat beobachten wir immer Folgendes:

  • Ein komprimiertes Gas neigt dazu, sich auszudehnen

  • Die Wärmeübertragung erfolgt immer von heißen zu kalten Körpern.

  • Der Betrieb einer Klimaanlage

Wir beobachten nie, dass diese Prozesse spontan in die entgegengesetzte Richtung ablaufen. In keinem Fall fließt Wärme von einem kalten zu einem heißen Körper ohne den Beitrag externer Arbeit.

Wie funktioniert eine Klimaanlage?

Eine Klimaanlage kann die Luft in einem Raum kühlen. Durch Abkühlen der Luft wird die Entropie der Luft in diesem System verringert.

Die aus dem Raum (dem System) ausgestoßene Wärme trägt immer mehr zur Entropie der Umgebung bei als zur Abnahme der Entropie der Luft in diesem System. Daher nimmt die Gesamtentropie des Raums plus die Entropie der Umgebung zu.

Thermische Maschinen

Theoretisch sollte eine perfekt effiziente Wärmekraftmaschine die gesamte absorbierte Wärmeenergie in mechanische Arbeit umwandeln. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass dies unmöglich ist.

Definition von thermischen Maschinen

Eine Wärmekraftmaschine zielt darauf ab, der absorbierten Wärme kontinuierlich Arbeit nach außen zu liefern.

Wenn wir uns einen Zyklus vorstellen, der entgegengesetzt zu dem eines Motors ausgeführt wird, ist das Endergebnis:

  1. Wärmeabsorption bei niedriger Temperatur.

  2. Auswerfen einer größeren Menge bei höherer Temperatur

  3. Und schließlich die Realisierung eines Nettobetrags an Arbeit am System. 

Carnots Satz

Der Satz von Carnot besagt, dass "keine Wärmekraftmaschine, die in Zyklen zwischen zwei gegebenen Wärmeschiffen arbeitet, einen höheren Wirkungsgrad aufweist als eine reversible (Carnot) Maschine, die zwischen denselben Schiffen arbeitet".

Der Beweis geht an W. Thomson (Lord Kelvin). Darüber hinaus gibt es den Satz von Kelvin Planck: "Eine zyklische Umwandlung, deren einziges Endergebnis darin besteht, Wärme von einem Körper oder einer Wärmequelle bei einer bestimmten Temperatur zu absorbieren und vollständig in Arbeit umzuwandeln, ist unmöglich."

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Erscheinungsdatum: 17. August 2016
Geändert am: 11. August 2020