Kurz gesagt Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre Wärme geht von selbst nur von einem Körper höherer Temperatur auf einen Körper tieferer Temperatur über. In isolierten Systemen bleibt die Entropie bei reversiblen Prozessen konstant, bei irreversiblen Vorgängen nimmt sie zu (ΔS ≥ 0). Die Expansion eines Gases in ein leeres Gefäß ist ein Beispiel für einen irreversiblen Prozess. Die spontane Umkehrung irreversibler Prozesse widerspricht dem zweiten Hauptsatz. Sie ist jedoch nicht unmöglich, sondern nach Boltzmanns Auffassung nur extrem unwahrscheinlich. Ludwig Boltzmann hat die Entropie in statistischer Weise gedeutet: Wegen der großen Zahl von Teilchen ist ein bestimmter Zustand eines thermodynamischen Systems besonders wahrscheinlich, wenn er durch viele unterschiedliche und jeweils gleich wahrscheinliche Anordnungen der Teilchen realisiert werden kann. Wärme- und Kältetechnik Aus dem zweiten Hauptsatz folgt die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile 2. Art, einer periodisch arbeitenden Maschine, die Wärme vollständig in Arbeit umwandelt. Der Wirkungsgrad η einer Maschine ist definiert als η = abgegebene Nutzarbeit _____ aufgewandte Energie Der Wirkungsgrad η einer periodisch arbeitenden Wärmekraftmaschine, die Wärme einem Speicher der Temperatur T1 entnimmt und bei der Temperatur T2 Abwärme an die Umwelt abgibt, kann den idealen thermodynamischen Wirkungsgrad ηth = 1 − T2 _ T1 nicht überschreiten. Die prinzipielle Beschränkung des Wirkungsgrades von Wärmekraftmaschinen bedeutet: Die einem Wärmespeicher entnommene Energie kann nur zum Teil in Nutzarbeit umgewandelt werden, der andere Teil muss stets als Abwärme bei niedrigerer Temperatur ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden. Dieser Teil der Energie wird zwar nicht vernichtet – er wird jedoch entwertet, da er wegen der niedrigen Umgebungstemperatur nicht mehr zur Gewinnung von Nutzarbeit dienen kann. Reale Wärmekraftmaschinen erreichen etwa 50 % des idealen Wirkungsgrades. Kühlschrank und Wärmepumpe kehren die Funktion von Wärmekraftmaschinen um: Unter Einsatz von Arbeit wird der kühlere Wärmespeicher abgekühlt und der wärmere weiter erwärmt. 150 Thermodynamik Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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