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2. Hauptsatz der Thermodynamik

2. Hauptsatz der Thermodynamik

Es gibt Vorgänge in der Natur, die spontan (freiwillig) ablaufen. Man kann z.B. Diamanten zu Kohlendioxid verbrennen, aus heißem Kohlendioxid entstehen aber keine Diamanten. Allgemein sind Vorgänge, die spontan ablaufen, durch ihre Richtung festgelegt. Die Änderungen sind irreversible Zustandsänderungen.

Was bestimmt die Richtung spontaner Vorgänge? Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die innere Energie bei Vorgängen in abgeschlossenen Sytemen konstant bleibt. Die Verteilung der Energie kann aber geändert werden. Spontane Vorgänge laufen immer in die Richtung ab, in der die Energie mehr verteilt wird. Das ist mit einer Vergrößerung der Unordnung des Systems verbunden.

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik führt nun eine neue Zustandsgröße ein, die Entropie S :

d S = δ Q rev T δ Q rev T = reduzierte Wärme

Die bei einem reversiblen Prozess auftretende Entropieänderung d S ist gleich dem Quotienten aus ausgetauschter Wärmemenge δ Q rev und Temperatur T .

Mit der Entropie ist es möglich die Richtung eines thermodynamischen Prozesses vorherzusagen. In einem abgeschlossenen System kann die Entropie niemals abnehmen, d.h. für alle spontanen (irreversiblen) Prozesse muss

d S > 0 oder S = S 2 S 1 > 0 oder S 2 > S 1

sein. Reversible Prozesse, d.h. Änderungen um die Gleichgewichtslage sind durch

d S = 0 oder Δ S = S 2 S 1 = 0 oder S 2 = S 1

gekennzeichnet. Spontane Vorgänge in abgeschlossenen Systemen mit

d S < 0

wurden nie beobachtet.

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