warum ein allein gelassenes System immer unaufgeräumter wird

Entropie
...warum ein allein gelassenes
System immer unaufgeräumter
wird...
Folgende Vorgänge kennst du aus
dem Alltag:
 „Ein Bauwerk wird mit der Zeit brüchig und muss
mit viel Arbeitsaufwand wieder in Stand gesetzt
werden.“
 „Wenn man kaltes und warmes Wasser mischt,
stellt sich eine lauwarme Temperatur ein.“
 „Ein Auto verwandelt das getankte Benzin
(chemische Energie) in Bewegungsenergie und
schlussendlich in Wärmeenergie (Reibung!)“
Aber hast du folgende Vorgänge
schon einmal beobachtet?
 „Du kommst aus der Dusche und öffnest die Türe.
Anstatt dass sich der Wasserdampf in der Wohnung
verteilt, bleibt er trotz der offenen Türe im Badezimmer.“
 „Ein zerbrochener Teller nimmt Wärme aus der
Umgebung auf, um sich wieder zusammen zu setzen
und zurück auf den Tisch zu hüpfen.“
 „Die obere Hälfte deines Cola-Glases gibt einen Teil
seiner Wärme an die untere Hälfte ab und gefriert
spontan zu einem Eiswürfel.“
Die Entropie S
 Nach den bisher bekannten
Naturgesetzen (z.B.
Energieerhaltungssatz) sind alle diese
Vorgänge möglich (auch die letzten drei!).
Diese sind nur extrem unwahrscheinlich!!!
 Wahrscheinlich sind Vorgänge, bei denen
die Unordnung des Systems zunimmt.
Man bezeichnet sie als „Entropie“.
Entropie makroskopisch
Wenn man Ziegeln von einem Laster kippt,
welche Anordnung ist wahrscheinlicher?
Entropie mikroskopisch
Wenn man Moleküle in einem Gefäß
betrachtet, welche Anordnung ist
wahrscheinlicher?
Entropie und Wahrscheinlichkeit
Die Wahrscheinlichkeit, dass 10 Moleküle
„schön brav geordnet“ in der einen Hälfte
der Box sind, ist also sehr klein (ungefähr
1:1000).
Bei einer alltäglichen Anzahl von Molekülen
ist diese Wahrscheinlichkeit so winzig
klein, dass dieser Vorgang nie beobachtet
wird.
Der zweite Hauptsatz der
Thermodynamik
Die Gesetze der Wahrscheinlichkeit besagen also:
 Die Unordnung eines Systems wird von selbst
immer größer. Im Idealfall bleibt sie gleich. Ein
abgeschlossenes System wird aber so gut wie
NIEMALS (von selbst) geordneter.
 Gasmoleküle verteilen sich gleichmäßig im
Raum.
 Wärme verteilt sich gleichmäßig auf
benachbarte Körper (Wärmeausgleich).
Der zweite Hauptsatz der
Thermodynamik
Formal bedeutet das:
 S = 0... Bei reversiblen (umkehrbaren)
Vorgängen
 S > 0... Bei irreversiblen (nicht umkehrbaren)
Vorgängen
So gut wie alle Vorgänge des Alltags sind
irreversibel!!!
Der Mensch – entropisch
betrachtet
Der Mensch ist KEIN abgeschlossenes System.
Um zu leben, muss er Energie in Form von
Nahrung zu sich nehmen und muss Wärme an
die Umgebung abstrahlen. Es verwundert also
nicht, dass bei manchen Vorgängen in ihm die
Ordnung größer wird (die Entropie wird also
kleiner) - Aufbau von Zellen, ...
Energie und Entropie
Nun ist es auch verständlich, warum einige
Energieformen „wertvoller“ sind als
andere. Wärmeenergie ist die Energieform
mit der größten Unordnung.
Alle anderen Energieformen sind wertvoller
als Wärmeenergie.
Wärmeenergie = (fast) wertlos
Alle
Energieformen
enden in der
Wärmeenergie.
(höchste
Unordnung!)
Beispiele Energie - Entropie
z.B. Potenzielle Energie eines Apfels am
Baum wird nach dem Herunterfallen zu
Wärmeenergie.
z.B. Elektrische Energie wird in
Elektrogeräten zu Bewegungsenergie und
Wärmeenergie.
z.B. Bewegungsenergie eines Autos wird
durch Reibung zu Wärmeenergie
Entropie in anderen
Wissenschaften
Die Entropie beschäftigt nicht nur die
Physik/Chemie, sondern auch:
 die Mathematik (Wahrscheinlichkeit!)
 die Biologie (siehe Mensch und Entropie,
Fotosynthese bei Pflanzen, ...)
 die Informatik (Entropie = Mangel an
Information)
 die Wirtschaft (Gleichverteilung von Vermögen,
...)