Entropie und Enthalpie: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 18. Januar 2008, 19:42 Uhr

Heizen heisst Entropie zuführen und zum Kühlen muss man Entropie abführen. Trotzdem hat man Mitte des neunzehnten Jahrhunderts die beim Heizen und Kühlen mit transportierte Energie als Wärme definiert. Der Grund für diese aus heutiger Sicht verfehlte Definition liegt bei der Entropie selber. Um dies zu verdeutlichen, vergleichen wir zwei analoge Prozesse

Stossen zwei Autos frontal aufeinander, fliesst der Impuls von einem Auto ins andere, bis sich die Geschwindigkeiten angeglichen haben. In den Knautschzonen wird mit der vom Impuls freigesetzten Energie Entropie erzeugt.
Giesst man kaltes und warmes Wasser in einem isolierten Mischgefäss (Kalorimeter) zusammen, überträgt das heisse Wasser einen Teil seiner Entropie ans kalte. In der Mischzone wird mit der von der Entropie freigesetzten Energie zusätzlich Entropie erzeugt.

Der Impuls bleibt erhalten und die mechanisch verfügbare Energie nimmt ab, derweil die Entropie zunimmt und die thermisch verfügbare Energie erhalten bleibt. Die Formel Wärme gleich Energie hat sich gegen die viel tiefgründigere Identifikation Wärme gleich Entropie durchgesetzt, weil man früher gemeint hat, eine bilanzierfähige (mengenartige) Grösse müsse auch erhalten sein.

In dieser Vorlesung wollen wir uns mit der Energie und der Entropie homogener Speicher beschäftigen.

Lernziele

Bilanzgleichungen

Führt man einem System Wärme zu oder ab, kann bezüglich des Systems eine Entropiebilanz aufgestellt werden

[math]I_S=\dot S[/math]

Ist das System homogen, herrscht also an der Systemoberfläche die gleich Temperatur wie im Innern, darf die ganze Gleichung mit dieser (absoluten) Temperatur multipliziert werden. Links steht dann der zugeordnete Energiestrom, also nach offizieller Lesart der Wärmestrom, und rechts die Änderungsrate der inneren Energie

[math]I_{W_{therm}}=\dot W[/math]

Diese Energiebilanz ist korrekt, falls das Volumen des Systems konstant bleibt. Man spricht dann vom isochoren Heizen (griech. choros für Tanzplatz). Heizt man dagegen bei konstantem Druck, nennt man den Vorgang isobar. In der Regel tauscht ein Stoff beim isobaren Heizen auch noch mechanische Energie mit der Umgebung aus. Die Energiebilanz umfasst dann mindestens drei Terme, einen thermischen und einen mechanischen Energiestrom sowie die Änderungsrate der inneren Energie. In dieser allgemeineren Form heisst die Energiebilanz auch erster Hauptsatz der Thermodynamik.

Carnotor

Wärme, innere Energie und Enthalpie

Eis, Wasser, Dampf

spezifisch und molar

Kontrollfragen

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 Heizen heisst [[Entropie]] zuführen und zum Kühlen muss man Entropie abführen. Trotzdem hat man Mitte des neunzehnten Jahrhunderts die beim Heizen und Kühlen mit transportierte Energie als Wärme definiert. Der Grund für diese aus heutiger Sicht verfehlte Definition liegt bei der Entropie selber. Um dies zu verdeutlichen, vergleichen wir zwei analoge Prozesse
-*Stossen zwei Autos [[Frontalcrash|frontal]] aufeinander, fliesst der [[Impuls]] von einem Auto ins andere, bis sich die [[Geschwindigkeit]]en angeglichen haben. In den Knautschzonen wird mit der vom Impuls freigesetzten Energie Entropie erzeugt.
+*Stossen zwei Autos [[Frontalcrash|frontal]] aufeinander, fliesst der [[Impuls]] von einem Auto ins andere, bis sich die [[Geschwindigkeit]]en angeglichen haben. In den Knautschzonen wird mit der vom Impuls [[Prozessleistung|freigesetzten]] [[Energie]] Entropie erzeugt.
 *Giesst man kaltes und warmes Wasser in einem isolierten Mischgefäss ([[Kalorimeter]]) zusammen, überträgt das heisse Wasser einen Teil seiner Entropie ans kalte. In der Mischzone wird mit der von der Entropie freigesetzten Energie zusätzlich Entropie erzeugt.
-In der Mechanik bleibt der Impuls erhalten und die mechanisch verfügbare Energie nimmt ab. In der Thermodynamik nimmt die Entropie zu und die thermisch verfügbare Energie bleibt erhalten. Physiker lieben nun mal Erhaltungsgrössen schätzen alles, was sich vermehren kann, nicht besonders.
+Der Impuls bleibt erhalten und die mechanisch verfügbare Energie nimmt ab, derweil die Entropie zunimmt und die thermisch verfügbare Energie erhalten bleibt. Die Formel '''Wärme gleich Energie''' hat sich gegen die viel tiefgründigere Identifikation '''Wärme gleich Entropie''' durchgesetzt, weil man früher gemeint hat, eine bilanzierfähige (mengenartige) Grösse müsse auch erhalten sein.
 In dieser Vorlesung wollen wir uns mit der Energie und der Entropie homogener Speicher beschäftigen.
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 ==Bilanzgleichungen==
+Führt man einem System Wärme zu oder ab, kann bezüglich des Systems eine Entropiebilanz aufgestellt werden
+:<math>I_S=\dot S</math>
+Ist das System homogen, herrscht also an der Systemoberfläche die gleich Temperatur wie im Innern, darf die ganze Gleichung mit dieser (absoluten) Temperatur multipliziert werden. Links steht dann der zugeordnete Energiestrom, also nach offizieller Lesart der Wärmestrom, und rechts die Änderungsrate der [[innere Energie|inneren Energie]]
+:<math>I_{W_{therm}}=\dot W</math>
+Diese Energiebilanz ist korrekt, falls das Volumen des Systems konstant bleibt. Man spricht dann vom [[isochor]]en Heizen (griech. ''choros'' für Tanzplatz). Heizt man dagegen bei konstantem Druck, nennt man den Vorgang [[isobar]]. In der Regel tauscht ein Stoff beim isobaren Heizen auch noch mechanische Energie mit der Umgebung aus. Die Energiebilanz umfasst dann mindestens drei Terme, einen thermischen und einen mechanischen Energiestrom sowie die Änderungsrate der inneren Energie. In dieser allgemeineren Form heisst die Energiebilanz auch [[erster Hauptsatz]] der [[Thermodynamik]].
 ==Carnotor==