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Ordnung, Unordnung und spontane Prozesse

Fazit

In beiden Fällen der vorangehenden Abschnitte ist die gesamte kinetische Energie der Gasteilchen gleich. Jedoch sind im ersten Fall die Einzelenergien total geordnet, im zweiten Fall total ungeordnet. Gemäß des Anteils der geordneten kinetischen Energie kann eine Arbeit geleistet werden. Im ersten Fall ist sie maximal, im zweiten null. Werte dazwischen sind möglich: Bewegt sich der Würfel langsamer (seine Temperatur ist höher!), so erreicht er nicht mehr das Ende der schiefen Ebene.

Hinweis
Die thermodynamischen Zustandsvariablen p , T , V , U und H sind nicht geeignet, Ordnung in Mehrteilchensystemen zu beschreiben. Es ist möglich, eine Zustandsvariable zu definieren, deren Wert mit zunehmender Ordnung im System abnimmt. Sie heisst Entropie (von Griechisch Verwandlung). Ihr Symbol ist S mit der Einheit J/K oder als molare Größe Sm mit der Einheit J/(Kmol) .

So nimmt die Entropie bei der Verdampfung einer Flüssigkeit bei T, p= const. zu. Die Änderung der Ordnung stellt sich hier als Übergang der Teilchen von einer dichten Packung, bei dem jedes Teilchen auf „Tuchfühlung” mit anderen ist, in ein Gas mit etwa tausendfach größerem Volumen (entsprechend einer Verzehnfachung der mittleren Teilchenabstände). Bildlich gesprochen: Im ersten Fall findet man alle Teilchen in einer „Schublade” (= Volumen der Flüssigkeit), die Ordnung ist groß. Im zweiten Fall verteilen sich die Teilchen über tausend „Schubladen” und alle sind aufzuziehen, um alle Teilchen zu finden.

Mit der Entropie ist es möglich, Aussagen über in der Natur ablaufende Vorgänge zu machen. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass solche spontanen Prozesse sich immer auf einen Übergang von Ordnung zu Unordnung zurückführen lassen. Unordnung lässt sich zwar wieder in Ordnung rückverwandeln, jedoch ist hierfür Energie aufzubringen. Die nachfolgenden Beispiel verdeutlichen dies.

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