2. Hauptsatz der Thermodynamik
Der 1. Hauptsatz beschreibt, nach welchen Gesetzmäßigkeiten die einzelnen Energieformen eines Gesamtsystems zusammenhängen. Er macht aber keine Aussage darüber, ob die Energie sich nun beliebig auf die unterschiedlichen Energieformen verteilen kann oder ob es Randbedingungen gibt, die für die Umwandlung zwischen den Energieformen gelten.
Eine Ausprägung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik lautet sinngemäß, dass Wärmeenergie von selbst nur von Materie mit hoher Temperatur auf Materie mit niedriger Temperatur übertragen werden kann. Denkt man an den physikalischen Hintergrund der thermischen Energie, der Bewegung von Atomen und Molekülen, wird klar, dass die Teilchenbewegung sich eher in Richtung kalter, unbewegter Teilchen fortpflanzt als umgekehrt.
Es ist leicht, sich vorzustellen, dass aus einer „gut aufgeräumten“ Anordnung mit einem Bereich konzentrierter hoher Temperatur und einem zweiten Bereich niedriger Temperatur nach entsprechender Zeit durch Wärmeströmung eine gleichmäßige Temperaturverteilung eintritt, obwohl sich an der Gesamtenergie nichts ändert.
Ganz in Analogie zur Natur der thermischen Teilchenbewegung wird auch für die makroskopische Beschreibung die Wahrscheinlichkeit betrachtet, mit der ein bestimmter Energiezustand eintritt.
Die mikroskopische Betrachtung – wie wahrscheinlich ist es, dass sich die thermische Bewegung einzelner Teilchen auf Nachbarteilchen überträgt? (hoch, ist anzunehmen) –entspricht der makroskopischen Betrachtung – wie wahrscheinlich ist es, dass sich die Temperatur in einer Anordnung mit unterschiedlichen Temperaturniveaus über die Zeit ausgleicht? (analytisch nachweisbar hoch).
In der Thermodynamik ist es gelungen, der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer energetischen Gesamtverteilung eine technische Größe, die Entropie S, zuzuordnen.
Da der Wert der Entropie mit dem natürlichen Bestreben nach maximaler Unordnung korreliert, wird sie auch das Maß für die Unordnung genannt.
Auch einem Wärmestrom ist eine Entropie zugeordnet, die er quasi huckepack transportiert.
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik lautet umformuliert:
Im thermodynamischen Gleichgewicht hat ein System eine möglichst große Entropie.
Und:
Die Entropie eines abgeschlossenen Systems wird nie von alleine kleiner.
Die Entropie wird sowohl von der Ordnung eines Systems als auch von dessen Temperatur bestimmt. So kann ein Gesamtsystem, das sich im thermischen Gleichgewicht befindet, also im Zustand maximaler Unordnung, bei niedriger Temperatur trotzdem weniger Entropie haben als ein „geordnetes“ heißes System. Entscheidend ist die mittlere Temperatur des Systems. In der Thermodynamik spielt die Temperatur als Träger von Entropie meist die Hauptrolle.
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