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Thermodynamik - 2. Hauptsatz der Thermodynamik

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Thermodynamik

2. Hauptsatz der Thermodynamik

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit der Irreversibilität von Prozessen. Man spricht auch von dem Prinzip der Irreversibilität. 

-Prozesse verlaufen nur in eine Richtung

Der Physiker Rudolf Clausius erfasste 1850 den 2. Hauptsatz der Wärmelehre, welcher besagt, dass Wärme nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergeht. Der Prozess verläuft demnach in eine Richtung. Der Zusatz 'von selbst' ist deshalb wichtig, weil durch Aufwendung zusätzlicher Arbeit auch der Fall möglich ist, dass Wärme von einem kalten auf einen wärmeren Körper übergeht (z.B. Kältemaschinen). Von selbst ist das aber unmöglich.

-Alle Prozesse, bei denen Reibung stattfindet, sind irreversibel

Der Physiker Max Planck traf 1879 zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik die Aussage, dass alle Prozesse bei denen Reibung stattfindet irreversibel sind. 

-Alle natürlich ablaufenden Prozesse sind irreversibel

Diese Aussage traf Hans Dieter Baehr zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Das bedeutet also, dass Reversible Prozesse natürlich nicht vorkommen. Reversible Prozesse sind demnach gedankliche Grenzfälle der irreversiblen Prozesse.

Reversible und irreversible Prozesse

Der Unterschied zwischen reversiblen und irreversiblen Prozessen soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden.

Beispiel

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Man betrachtet zwei Bälle, welche aus gleicher Höhe auf den Boden fallen. Der eine Ball ist aus einem elastischen Material, der Andere aus Knete. Nach dem Aufprall auf dem Boden erreicht der völlig elastische Ball wieder annähernd seine Ausgangsform. Der Ball aus Knete hingegen bleibt am Boden liegen.

Reversible Prozesse, sind diejenigen Prozesse, welche von einem Ausgangszustand ausgehend wieder alleine zu diesem Ausgangszustand gelangen. Man kann als reversiblen Prozess z.B. näherungsweise die Bewegung der Erde um die Sonne ansehen oder eben den hochelastischen Ball im Beispiel oben.

Es gibt aber auch Prozesse, welche von selbst nur in eine bestimmte Richtung ablaufen (Clausius). In dem obigen Beispiel ist das der Ball aus Knete. Es ist noch nie beobachtet worden, dass ein solch unelastischer Körper wieder von selbst  in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, obwohl dies mit dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltungsgrundsatz) vereinbar wäre. Genau so sieht es auch mit einer Kanne heißem Tee aus. Die Übertragung der Wärme erfolgt stets vom heißeren Körper zur kälteren Umgebung und von selbst  nie umgekehrt. Bei diesen Prozessen wird der Ausgangszustand von alleine nicht mehr erreicht. Irreversible Prozesse sind demnach Prozesse, welche von einem Ausgangszustand unbeeinflusst in eine bestimmte Richtung ablaufen und der Ausgangszustand von selbst nicht mehr erreicht werden kann.

Um irreversible Prozesse genauer kennzeichnen zu können, wurde als neue physikalische Größe die Entropie $S$ eingeführt.