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Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Was ist Entropie?

Entropie (S) ist eine thermodynamische Größe, die ursprünglich als Kriterium für die Vorhersage der Entwicklung thermodynamischer Systeme definiert wurde.

Was ist Entropie?

Entropie ist eine umfangreiche Zustandsfunktion. Der Wert dieser physikalischen Größe in einem isolierten System wächst im Verlauf eines natürlichen Prozesses. Die Entropie beschreibt, wie irreversibel ein thermodynamisches System ist.

Das Wort Entropie kommt aus dem Griechischen und bedeutet Evolution oder Transformation.

Entropie in der Welt der Physik

In der Physik ist Entropie die thermodynamische Größe, mit der wir den Teil der Wärmeenergie berechnen können, der nicht zur Erzeugung von Arbeit verwendet werden kann, wenn der Prozess reversibel ist. Die physikalische Entropie in ihrer klassischen Form wird durch die Gleichung definiert.

Was ist Entropie?

oder einfacher, wenn die Temperatur in Prozess 1 → 2 (isothermer Prozess) konstant gehalten wird:

Wenn also ein heißer Körper bei der Temperatur T1 eine Wärmemenge Q1 verliert, nimmt seine Entropie in Q1 / T1 ab. Wenn er diese Wärme einem kalten Körper bei der Temperatur T2 (weniger als T1) gibt, nimmt die Entropie des kalten Körpers mehr als zu Die Entropie des heißen Körpers hat deshalb abgenommen

Was ist Entropie?

 Eine reversible Maschine kann daher einen Teil dieser Wärmeenergie in Arbeit umwandeln, jedoch nicht alle.

Die Leistung, die die reversible Maschine bietet (das ist das Maximum, das jede Maschine bieten kann), ist:

Was ist Entropie?

Damit die gesamte Wärmeenergie in Arbeit umgewandelt werden kann, muss entweder der heiße Fokus auf unendlicher Temperatur oder der kalte Fokus auf null Kelvin liegen. Andernfalls beträgt die thermodynamische Leistung der reversiblen Maschine weniger als 1.

Der Ausdruck der Entropie ist eine logische Konsequenz des zweiten Prinzips der Thermodynamik und der Art und Weise, wie die Temperatur gemessen wird.

Das zweite Prinzip der Thermodynamik besagt, dass, wenn keine Arbeit verbraucht wird, die Wärme von heißen Körpern zu kalten Körpern entweder direkt durch Wärmeleitung oder durch irgendeine Maschine übertragen wird.

Die Temperatur muss auf einer thermodynamischen Skala gemessen werden; Andernfalls ist der Entropieausdruck nicht so elegant und hängt von der thermometrischen Substanz ab, die zum Aufbau des Thermometers verwendet wird. Bei der Definition der thermodynamischen Temperaturskala kann ein Freiheitsgrad beliebig gewählt werden. Wenn festgelegt wird, dass zwischen der Siedetemperatur und der Gefriertemperatur des Wassers 100 Grad liegen, wird die Kelvin-Skala erhalten und es stellt sich heraus, dass die Gefriertemperatur des Wassers 273 K betragen muss.

Warum ist es nicht möglich, die absolute Entropie zu kennen?

In der realen Welt ist es nicht möglich, die absolute Entropie eines Systems zu bestimmen, warum es notwendig wäre, zur absoluten 0 gelangen zu können.

Um zu absolut 0 zu gelangen, muss das System zuerst auf absolut null abkühlen, damit sich die Moleküle nicht mehr bewegen, und außerdem müssen sich die Moleküle im stabilsten Zustand befinden. In diesem speziellen Fall ist die absolute Entropie gleich Null (dritter Hauptsatz der Thermodynamik).

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik : "Die Entropie eines perfekten Kristalls nähert sich Null, wenn T sich Null nähert (aber es gibt keine perfekten Kristalle)."

Das Ändern dieses stationären Zustands von 0 Kelvin zum Startpunkt ergibt die absolute Entropie. Von hier aus erhöht eine Erhöhung der Temperatur die Entropie.

Glücklicherweise ist es aus praktischer Sicht im Allgemeinen ausreichend, die Entropievariation zu berechnen. Die Berechnung der Unterschiede ist experimentell einfacher.

Die Temperaturschwankung wird anhand der Wärmekapazität berechnet: dem Integral des Verhältnisses von Wärmekapazität und Temperatur über den Bereich der Temperaturänderung.

Welche Beziehung besteht zwischen Entropie und Energie?

Unter der Annahme, dass das gesamte Universum ein isoliertes System ist, dh ein System, für das es unmöglich ist, Materie und Energie mit der Außenwelt auszutauschen, können der erste Hauptsatz der Thermodynamik und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wie folgt zusammengefasst werden: " Die Gesamtenergie des Universums ist konstant und die Gesamtentropie steigt kontinuierlich an, bis sie das Gleichgewicht erreicht. “

Dies bedeutet, dass sie nicht nur keine Energie erzeugen oder zerstören kann, sondern sich auch nicht vollständig von einer Form in eine andere umwandeln kann, ohne dass sich ein Teil in Form von auflöst Hitze.

Wie und wer hat das Konzept der Entropie entdeckt?

Was ist Entropie?Das Konzept der Entropie wird als Reaktion auf die Beobachtung einer bestimmten Tatsache entwickelt: Bei Verbrennungsreaktionen wird eine bestimmte Energiemenge freigesetzt, die aufgrund von Verlustleistung oder Reibung verloren geht. Auf diese Weise wird die verlorene Energie nicht in nützliche Arbeit umgewandelt.

Untersuchungen an den ersten Wärmekraftmaschinen

Frühe thermische Motoren wie der Thomas Savery (1698), der Newcomen-Motor (1712) und der dreirädrige Dampf Cugnot (1769) waren ineffizient. Von der Eingangsenergie wurden nur 2% in nutzbare Energie umgewandelt.

Eine große Menge nützlicher Energie wurde in einem scheinbar unermesslichen Zustand der Zufälligkeit abgeführt oder verschwendet.

In den nächsten zwei Jahrhunderten untersuchten Physiker dieses Rätsel der verlorenen Energie.

Das Ergebnis dieser Studien führte Wissenschaftler zum Konzept der Entropie.

Erste Vorkommen des Entropiekonzepts

Der Physiker Rudolf Clausius war der erste, der es 1865 einführte.

Seitdem sind verschiedene Definitionen der Entropie erschienen. Die relevanteste Definition der Entropie ist die von Ludwig Boltzmann entwickelte. Boltzmann bezieht das Konzept der Entropie auf den Grad der Störung eines Systems. Diese neue Perspektive der Entropie ermöglichte es, das Konzept auf verschiedene Bereiche wie Informationstheorie, künstliche Intelligenz, Leben oder Zeit auszudehnen.

Referenzen

Autor:

Erscheinungsdatum: 24. März 2017
Geändert am: 16. April 2020