EntropieEntropie

...warum ein allein gelassenes ...warum ein allein gelassenes System immer unaufgeräumter System immer unaufgeräumter

wird...wird...

Folgende Vorgänge kennst du aus Folgende Vorgänge kennst du aus dem Alltag:dem Alltag:

„„Ein Bauwerk wird mit der Zeit brüchig und muss Ein Bauwerk wird mit der Zeit brüchig und muss mit viel Arbeitsaufwand wieder in Stand gesetzt mit viel Arbeitsaufwand wieder in Stand gesetzt werden.“werden.“

„„Wenn man kaltes und warmes Wasser mischt, Wenn man kaltes und warmes Wasser mischt, stellt sich eine lauwarme Temperatur ein.“stellt sich eine lauwarme Temperatur ein.“

„„Ein Auto verwandelt das getankte Benzin Ein Auto verwandelt das getankte Benzin (chemische Energie) in Bewegungsenergie und (chemische Energie) in Bewegungsenergie und schlussendlich in Wärmeenergie (Reibung!)“schlussendlich in Wärmeenergie (Reibung!)“

Aber hast du folgende Vorgänge Aber hast du folgende Vorgänge schon einmal beobachtet?schon einmal beobachtet?

„„Du kommst aus der Dusche und öffnest die Türe. Du kommst aus der Dusche und öffnest die Türe. Anstatt dass sich der Wasserdampf in der Wohnung Anstatt dass sich der Wasserdampf in der Wohnung verteilt, bleibt er trotz der offenen Türe im Badezimmer.“verteilt, bleibt er trotz der offenen Türe im Badezimmer.“

„„Ein zerbrochener Teller nimmt Wärme aus der Ein zerbrochener Teller nimmt Wärme aus der Umgebung auf, um sich wieder zusammen zu setzen Umgebung auf, um sich wieder zusammen zu setzen und zurück auf den Tisch zu hüpfen.“und zurück auf den Tisch zu hüpfen.“

„„Die obere Hälfte deines Cola-Glases gibt einen Teil Die obere Hälfte deines Cola-Glases gibt einen Teil seiner Wärme an die untere Hälfte ab und gefriert seiner Wärme an die untere Hälfte ab und gefriert spontan zu einem Eiswürfel.“spontan zu einem Eiswürfel.“

Die Entropie SDie Entropie S

Nach den bisher bekannten Nach den bisher bekannten Naturgesetzen (z.B. Energieerhaltungs-Naturgesetzen (z.B. Energieerhaltungs-satz) sind alle diese Vorgänge möglich satz) sind alle diese Vorgänge möglich (auch die letzten drei!). Diese sind nur (auch die letzten drei!). Diese sind nur extrem unwahrscheinlich!!! extrem unwahrscheinlich!!!

Wahrscheinlich sind Vorgänge, bei denen Wahrscheinlich sind Vorgänge, bei denen die Unordnung des Systems zunimmt. die Unordnung des Systems zunimmt. Man bezeichnet sie als „Entropie“. Man bezeichnet sie als „Entropie“.

Entropie makroskopischEntropie makroskopisch

Wenn man Ziegeln von einem Laster kippt, Wenn man Ziegeln von einem Laster kippt, welche Anordnung ist wahrscheinlicher?welche Anordnung ist wahrscheinlicher?

Entropie mikroskopischEntropie mikroskopisch

Wenn man Moleküle in einem Gefäß Wenn man Moleküle in einem Gefäß betrachtet, welche Anordnung ist betrachtet, welche Anordnung ist

wahrscheinlicher?wahrscheinlicher?

Entropie und WahrscheinlichkeitEntropie und Wahrscheinlichkeit

Die Wahrscheinlichkeit, dass 10 Moleküle Die Wahrscheinlichkeit, dass 10 Moleküle „schön brav geordnet“ in der einen Hälfte „schön brav geordnet“ in der einen Hälfte der Box sind, ist also sehr klein (ungefähr der Box sind, ist also sehr klein (ungefähr 1:1000). 1:1000).

Bei einer alltäglichen Anzahl von Molekülen Bei einer alltäglichen Anzahl von Molekülen ist diese Wahrscheinlichkeit so winzig ist diese Wahrscheinlichkeit so winzig klein, dass dieser Vorgang nie beobachtet klein, dass dieser Vorgang nie beobachtet wird. wird.

Der zweite Hauptsatz der Der zweite Hauptsatz der ThermodynamikThermodynamik

Die Gesetze der Wahrscheinlichkeit besagen also: Die Gesetze der Wahrscheinlichkeit besagen also:

Die Unordnung eines Systems wird von selbst Die Unordnung eines Systems wird von selbst immer größer. Im Idealfall bleibt sie gleich. Ein immer größer. Im Idealfall bleibt sie gleich. Ein abgeschlossenes System wird aber so gut wie abgeschlossenes System wird aber so gut wie NIEMALS (von selbst) geordneter. NIEMALS (von selbst) geordneter.

Gasmoleküle verteilen sich gleichmäßig im Gasmoleküle verteilen sich gleichmäßig im Raum.Raum.

Wärme verteilt sich gleichmäßig auf Wärme verteilt sich gleichmäßig auf benachbarte Körper (Wärmeausgleich). benachbarte Körper (Wärmeausgleich).

Der zweite Hauptsatz der Der zweite Hauptsatz der ThermodynamikThermodynamik

Formal bedeutet das: Formal bedeutet das:

S = 0... Bei reversiblen (umkehrbaren) S = 0... Bei reversiblen (umkehrbaren) VorgängenVorgängen

S > 0... Bei irreversiblen (nicht umkehrbaren) S > 0... Bei irreversiblen (nicht umkehrbaren) VorgängenVorgängen

So gut wie alle Vorgänge des Alltags sind So gut wie alle Vorgänge des Alltags sind irreversibel!!!irreversibel!!!

Der Mensch – entropisch betrachtetDer Mensch – entropisch betrachtet

Der Mensch ist KEIN abgeschlossenes System. Der Mensch ist KEIN abgeschlossenes System. Um zu leben, muss er Energie in Form von Um zu leben, muss er Energie in Form von Nahrung zu sich nehmen und muss Wärme an Nahrung zu sich nehmen und muss Wärme an die Umgebung abstrahlen. Es verwundert also die Umgebung abstrahlen. Es verwundert also nicht, dass bei manchen Vorgängen in ihm die nicht, dass bei manchen Vorgängen in ihm die Ordnung größer wird (die Entropie wird also Ordnung größer wird (die Entropie wird also kleiner) - Aufbau von Zellen, ...kleiner) - Aufbau von Zellen, ...

Energie und EntropieEnergie und Entropie

Nun ist es auch verständlich, warum einige Nun ist es auch verständlich, warum einige Energieformen „wertvoller“ sind als Energieformen „wertvoller“ sind als andere. Wärmeenergie ist die Energieform andere. Wärmeenergie ist die Energieform mit der größten Unordnung. mit der größten Unordnung.

Alle anderen Energieformen sind wertvoller Alle anderen Energieformen sind wertvoller als Wärmeenergie. als Wärmeenergie.

Wärmeenergie = (fast) wertlosWärmeenergie = (fast) wertlos

Alle Alle Energieformen Energieformen enden in der enden in der Wärmeenergie. Wärmeenergie. (höchste (höchste Unordnung!)Unordnung!)

Beispiele Energie - EntropieBeispiele Energie - Entropie

z.B. Potenzielle Energie eines Apfels am z.B. Potenzielle Energie eines Apfels am Baum wird nach dem Herunterfallen zu Baum wird nach dem Herunterfallen zu Wärmeenergie. Wärmeenergie.

z.B. Elektrische Energie wird in z.B. Elektrische Energie wird in Elektrogeräten zu Bewegungsenergie und Elektrogeräten zu Bewegungsenergie und Wärmeenergie. Wärmeenergie.

z.B. Bewegungsenergie eines Autos wird z.B. Bewegungsenergie eines Autos wird durch Reibung zu Wärmeenergiedurch Reibung zu Wärmeenergie

Entropie in anderen Entropie in anderen WissenschaftenWissenschaften

Die Entropie beschäftigt nicht nur die Die Entropie beschäftigt nicht nur die Physik/Chemie, sondern auch: Physik/Chemie, sondern auch:

die Mathematik (Wahrscheinlichkeit!)die Mathematik (Wahrscheinlichkeit!)

die Biologie (siehe Mensch und Entropie, die Biologie (siehe Mensch und Entropie, Fotosynthese bei Pflanzen, ...)Fotosynthese bei Pflanzen, ...)

die Informatik (Entropie = Mangel an die Informatik (Entropie = Mangel an Information)Information)

die Wirtschaft (Gleichverteilung von die Wirtschaft (Gleichverteilung von Vermögen, ...)Vermögen, ...)