Zweiter Hauptsatz

1. HS ermöglicht keine Aussage über die Möglichkeit bzw. Richtung des Porzesses oder der Energieumwandlung

-> das beschreibt der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Beispiel:

Tasse mit heißem Kaffee in einen kalten Raum stellen -> Kaffee kühlt sich ab und abgegebene Wärme erhöht innere Energie des Raumes

im 1. HS wäre umgekehrter Vorgang ebenfalls möglich, aber Erfahrung zeigt, dass es nicht möglich ist

-> es gibt in der Natur Vorgänge, die von alleine nur in eine Richtung ablaufen

—> Definition einer Größe oder einer Funktion, die eine Aussage darüber ermöglicht, ob Prozesse überhaupt stattfinden können und falls ja, in welche Richtung diese Prozesse ablaufen können.

=> potentielle Energie, kinetische Energie sowie Arbeit lassen sich gegenseitig ineinander überführen und drei lassen sich auch in innere Energie überführen

=> Umkehrung gelingt jedoch nicht, d.h. es handelt sich um eine nicht umkehrbaren, also irreversiblen Vorgang

2.HS beschreibt Grenzen der Umwandlung von Energie und die (Nicht-)Umkehrbarkeit von thermodynamischen Prozessen

-> Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren zu einem wärmeren Körper übergehen

-> Prozesse, bei denen Reibung auftritt, sind irreversible

-> Prozesse, bei denen Stoffe vermischt werden, sin irreversible

-> Technische Verbrennungsprozesse sind irreversible

-> die adiabate Expansion eines Gases ohne Arbeitsleistung ist irreversible

keine vollständige Rückwandlung der ursprünglichen vom Gas abgegebenen Energie in pot. Energie der Last

in beide Richtungen des Pozesses fiießt Energie in die Umgebung, wird dissipiert (zerstreut) und damit nutzlos

Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel

ideale Prozesse sind reversibel gedachte Grenzfälle irreversibler Prozesse

• Aussage zur der Nichtumkehrbarkeit natürlicher (=reibungsbehafteter) Prozesse lassen sich durch die Einführung des Begriffes “Entropie” (Rechengröße) näher erläutern

• in mathematischer Form lässt sich der zeite Hauptsatz mit der Entropie audrücken. ist Zustandsgröße

• Entropie ist ein Maß für die Irreversibilität t.d. Prozesse und ein Kriterium zur Vorhersage der Richtung ihrer Abläufe

Isotherme Ausdehnung eines Luftvolumens ins Vakuum

mit welcher Wahrscheinl. befinden sich plötzlich alle Luftmoleküle eines Raumes in der gleichen Hälfte des Zimmers und in der anderen Hälfte stellt sich ein Vakuum ein (=Ausgangspunkt einer isothermen Expansion)?

-> “Ein Vorgang läuft von alleine ab, wenn dabei ein Zustand mit einer höheren Entropie erreicht wird”

ersetzen durch

-> “…., wenn ein Zustand höherer Wahrscheinlichkeit erreicht wird.”

1. jedes System besitzt eine extensive (von Masse anhängig) Zustandsgröße Entropie S

2. Entropie eines Systems ändert sich durch:

   • Wärmetransport über Systemgrenzen

   • Materietransport über Systemgrenze

   • Entropieerzeugung infolge irreversibler Prozesse im Inneren des Systems

   • durch Arbeit keine Entropie übertragen!

3. Mit dem Wärmeström Q(Punkt) geht der Entropiestrom

über Systemgrenzen. Dabei ist t.d. Temperatur T eine intensive Zustandsgröße an der Stelle der Systemgrenze, an der Wärmestrom übergeht

1. Die durch irreversible Prozesse im Inneren des Systems erzeugte Entropie ist positiv, nur bei reversiblen Prozessen des Systems entsteht sie nicht

jedes t.d. System besitzt eine kalorische Zustandsgröße Entropie S in [J/K]. Sie ändert sich beim Wärmetransprot über Systemgrenzen mit

Ferner wird bei irreversiblen Zustandsänderungen durch Reibung bzw. Dissipationsarbeit Entropie erzeugt -> Erhöhung der Entropie

• Entropie eines adiabaten Systems kann nicht abnehmen

• bei reversiblen Prozessen in adiabaten Systemen bleibt Entropie konstant

• bei irreversiblen Prozessen in adiabaten Systemen nimmt die Entropie zu

• Entropieabnahme ist nur bei offenen, nicht-adiabaten Systemen möglich

Absolute Temperatur T ist stets positiv

=> Vorzeichen des Entropiedifferentials dS bestimmt durch das der Wärme dQ

Wärmezufuhr in ein System, d.h. dQ > 0

=> bewirkt eine Entropiezunahme des Systems, d.h. dS > 0

Wärmeentzug aus dem System, d.h. dQ < 0

=> Entsprechend bewirkt eine Entropieabnahme des Systems, als dS < 0

• der 2. HS beschreibt die Richtung der Energieumwandlung

• im 2. HS erfolgt eine Bilanzierung der Entropie S

• im Gegensatz zur Energie kann Entropie erzeugt werden

• Unterschied von Wärme und Arbeit

  • 1. HS: Wärme und Arbeit haben t.d. die gleiche Wirkung (z.B. Erhöhung der Inneren Energie eines geschlossenen Systems)

  • 2. HS: Unterschied der beiden Energiearten:

    Jeder Wärmestrom -> zwingend einen entsprechend großen Entropiestrom, reversibles Übertragen von Arbeitsleistung -> Entropieströme nicht beeinflusst (nur bei Arbeit mit irreversiblen Vorgängen entsteht Entropie!)