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2. Hauptsatz der Thermodynamik

Bedeutung der Entropie

Die Entropie, eine Zustandsgröße, ist in der Natur eine wichtige Größe, da sie für die Richtung eines Prozesses von fundamentaler Bedeutung ist. Für abgeschlossene thermodynamische Systeme ist die Änderung der Entropie Δ S für einen irreversiblen Prozess (irreversible Zustandsänderung) positiv, d.h. die Entropie hat zugenommen:

Δ S = S 2 S 1 > 0

z.B. lösen sich manche Salze in Wasser, obwohl sie die dafür notwendige Energie ihrer Umgebung entziehen und diese dadurch abkühlen. Allgemein spielt die Entropie bei Phasenübergängen (z. B. Verdampfen) und Solvatationsvorgängen eine große Rolle.

Die thermodynamische Wahrscheinlichkeit ist gleich der Anzahl der Realisierungsmöglichkeiten (Mikrozustände) eines Systems. Den wichtigen Zusammenhang zwischen der Entropie und der thermodynamischen Wahrscheinlichkeit Ω eines Zustandes, die Boltzmann-Formel, fand der Österreicher Ludwig Boltzmann zu Beginn des 20. Jahrhunderts:

S = k ln Ω

Dabei ist k die Boltzmann-Konstante:

k = R N A = 1,38 1023 J K-1 R = allgemeine Gaskonstante N A = Avogadro-Konstante

Angewendet für einen irreversiblen Prozess ist die positive Entropieänderung:

Δ S = S 2 S 1 = k ln Ω 2 k ln Ω 1 = k ln Ω 2 Ω 1 > 0

Für den irreversiblen Prozess ist die thermodynamische Wahrscheinlichkeit größer geworden:

Ω 2 > Ω 1
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