Diskussion:Entropie (Thermodynamik)

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Dieser Artikel wurde ab April 2009 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Entropie (Thermodynamik)“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

Dieser Artikel wurde ab September 2014 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Entropie (Thermodynamik)“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

Bedeutung der Entropie (Einleitung)

Wir sind kurz vor einem Edit-War, den ich durch diesen Diskussionsbeitrag klären möchte. Es geht um die Rolle der Entropie. Meiner Meinung bedarf es einer halbwegs allgemeinverständlichen Erklärung welche Bedeutung die Größe hat. Die Aussage, dass sie in einem abgeschlossenen System niemals abnimmt, hilft omA überhaupt nicht. Es ist so, als würde man über die Energie ausschließlich sagen, dass sie in einem abgeschlossenen System konstant ist. Antonsusi hat nun einen Kompromissvorschlag versucht, der mir persönlich zu schwach ist ("schwach" im Sinne von "nicht weitreichend genug"). Ich möchte ausdrücken, dass der Zeitpfeil durch die Entropie festgelegt ist. Natürlich ist das mit der Aussage, dass die Entropie nie abnimmt, teilweise redundant, aber der andere Blickwinkel ist fürs Verständnis meiner Meinung nach essentiell. Hat jemand eine physikalisch stichhaltige Formulierung? Her damit! --Pyrrhocorax (Diskussion) 20:20, 14. Sep. 2014 (CEST)

Falsch ist jedenfalls, dass die Entropie bestimmt, ob ein Prozess abläuft. Gegebene eine geschlossene Gasflasche. Was bestimmt, ob die darin enthaltenen Moleküle ausströmen und sich mit der Umgebungsluft vermischen, ist das Ventil bzw. die Frage, ob es offen ist oder geschlossen. Entropie kann man in der Thermodynamik als Zustandsfunktion auffassen und ist, wie andere Zustandsfunktionen auch, eine erfundene Hilfsgrösse, um Prozesse zu beschreiben. Entropie "macht" gar nichts. Der Sinn der Bemerkung mit den "energetisch erlaubt[en]" Prozessen erscheint hier ziemlich diffus. Die Zustandsgrösse, welche energetisch erlaubte von energetisch nicht erlaubten Prozessen unterscheidet, heisst "innere Energie" und die zugehörige Regel ist der erste Hauptsatz. Die Entropie gehört zum zweiten Hauptsatz und sagt etwas darüber aus, ob Prozesse freiwillig ablaufen (und nicht: ob sie ablaufen) oder vielleicht noch genauer: Sie hilft die durch freiwillige Zustandsübergänge erreichbaren Zustände zu identifizieren. Wenn man noch genauere Aussagen treffen will, drängt es sich auf, die Entropie mit innerer Energie (plus etwas Beigemüse) zu kombinieren -> deltaG...

Natürlich kann man die ganze Geschichte rund um die Entropie auch aus ganz anderen Perspektiven betrachten. (Wer übrigens glaubt, dass OMA in der Entropie erklärt werden könne, hat zwar meine Sympathie für den jugendlichen Enthusiasmus, gibt sich aber einer Phantasie hin, die niemals Realität werden wird.) -- 2A02:1203:ECB3:33C0:79F4:D370:5AFA:E9C0 20:42, 14. Sep. 2014 (CEST)

(Nach BK) Ein Begriff unmöglicher Prozess ist m.E. schlecht. Hier hat die IP auch recht, dass man streng nur für abgeschlossene Systeme definieren kann; in einem offenen System ist nahezu jeder Prozess möglich, sofern man genügend Aufwand treibt.

Es stellt sich die Frage, ob man den Begriff Reversibler Prozess (Entropieänderung = 0) für Laien erklären und dann zu den irreversiblen Prozessen (Entropieänderung > 0) schwenken sollte. Eine allgemeinverständliche Formulierung fällt mit leider nicht ein. Gruß --Cvf-ps^Disk_+/− 20:51, 14. Sep. 2014 (CEST)

Mir ging es darum, dass - bei gleichbleibender Gesamtenergie - eine Zustandsänderung nicht möglich ist, wenn die Entropie dabei abnehmen würde (Perpetuum Mobile 2. Art), und dass sie bei zunehmender oder gleichbleibender Entropie thermodynamisch möglich ist, wenn keine anderen Hindernisse (z. B. geschlossenes Ventil) vorliegen. Auch folgende Umkehrung ist möglich: "Hat in einem abgeschlossenen System ein Zustand eine größere Entropie als ein anderer, so kann er zeitlich nicht früher liegen." (Hatte ich mal bei einer Prüfung). Wie man beides am Besten formuliert, ist nicht so einfach. ÅñŧóñŜûŝî (Ð) 21:16, 14. Sep. 2014 (CEST)

Zu dem Beispiel mit der Gasflasche: Das Ausströmen des Gases bei geschlossenem Ventil ist natürlich energetisch nicht erlaubt, weil das Gas nicht genug Energie hat, um das Ventil aufzusprengen. Bei geöffnetem Ventil ist sowohl das Einströmen wie auch das Ausströmen von Gas energetisch erlaubt. Nur das Ausströmen wird beobachtet, und nur das Ausströmen ist mit Zunahme der Entropie verbunden. Also "entscheidet" die Entropie auch in diesem Beispiel darüber, welcher Vorgang (von den erlaubten) tatsächlich abläuft. Dass die Entropie kein handelndes Subjekt ist, ist mir schon klar, aber ist eine solche Sprache nicht Usus? Kräfte "wirken" schließlich auch. Ich bin ja auch offen für andere Formulierungsvorschläge, aber mit dem Hinweis, das omA niemals die Entropie verstehen wird, will ich mich nicht zufrieden geben. Er muss das Konzept ja nicht vollständig durchdringen, aber wenigstens eine Ahnung davon haben, was mit dem Begriff gemeint ist. --Pyrrhocorax (Diskussion) 22:24, 14. Sep. 2014 (CEST)

Du betrügst Dich selbst.

Energetisch nicht erlaubt sind nur und genau diejenigen Prozesse, die gegen die Energieerhaltung verstossen. Wenn Du das Ventil schon unbedingt energetisch betrachten willst, dann wäre es das, was man auch als "Energiebarriere" bezeichnet. Im System Gas ist übrigens auch mehr als genug Energie enthalten, um das Ventil aufzusprengen. Es wäre beispielsweise auch genügend Energie enthalten, um das Ventil vollständig zu verdampfen. - "Aha!", wirst Du jetzt vielleicht sagen und voreilig darauf hinweisen, dass das aber nicht passiert, weil die Gasteilchen eben zu unordentlich verteilt seien in der Flasche, also wegen der Entropie, womit Deine Erklärung bestätigt sei. Damit würdest Du aber komplett falsch liegen. Entropie ist nicht Unordnung.

Ich könnte Deine Formulierung übrigens auch ohne Weiteres auf den Kopf stellen und sagen: "Energie ist diejenige Größe, die bestimmt, ob ein Prozess, der von der Entropie erlaubt ist, auch tatsächlich abläuft." Einfaches Beispiel: Ein Klotz aus Wassereis könnte seine Entropie sehr leicht vergrössern, indem er sich in Wasserdampf verwandelt. Das tut er aber nicht, weil nicht genügend Energie im System vorhanden ist. Dasselbe würde übrigens für die Gasflasche und das Aufsprengen gelten.

Tja, entropy is a bitch. -- 2A02:1203:ECB3:33C0:6D4C:AD41:AE7C:757A 17:43, 16. Sep. 2014 (CEST)

Ich habe nie die Formulierung: "Energie ist Unordnung" verwendet, also musst Du sie mir auch nicht in den Mund legen. Ja, an die Energiebarriere hatte ich gedacht. Eine geschlossene Gasflasche ist (chemisch gesprochen) "metastabil", weil die "Aktivierungsenergie" für das Gas zu hoch liegt. Zu Deinem zweiten Punkt: Volle Zustimmung. Wenn die Entropie eine anschauliche Größe wäre, deren Bilanzierung dem Leser vermutlich einleuchtend wäre, dann könnte man über eine entsprechende Formulierung (im Artikel über die Energie) nachdenken. Für die meisten ist es aber umgekehrt: Die Energie ist intuitiv relativ leicht zu erfassen, doch fast jeder, der zum ersten Mal mit der Entropie zu tun hat, fragt sich: Wozu brauche ich noch eine zusätzliche Größe, die man sich noch dazu so schlecht vorstellen kann? Genau an jene Leser richtet sich der Satz. In der aktuellen (etwas strengeren) Form lautet er: "Die Entropie kann nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in einem abgeschlossenen System niemals abnehmen. In anderen Worten: Wenn verschiedene Vorgänge in einem abgeschlossenen System denkbar und mit dem Energieerhaltungssatz vereinbar sind, dann kann davon nur derjenige ablaufen, der mit einem Anwachsen (oder wenigstens Gleichbleiben) der Entropie einhergeht." Findest Du den in Ordnung? Falls ja, wäre die Diskussion an dieser Stelle ohnehin erledigt. --Pyrrhocorax (Diskussion) 08:05, 17. Sep. 2014 (CEST)

Nun, der Satz ist zumindest nicht falsch. Wirklich überzeugend und hilfreich finde ich den aber nicht.

Ganz generell: Wenn man omA wirklich eine Ahnung haben will, was mit dem Begriff Entropie gemeint ist, dann ist Wikipedia so ziemlich der falscheste Ort, wo ich mich informieren kann. (Dass Energie scheinbar "intuitiv" verstanden wird, ist ein Trugschluss. Das kommt in der Schule und in der Alltagssprache vor, aber in Tat und Wahrheit ergibt sich dadurch nur eine Gewöhnung an den Begriff. Versuch mal eine Definition von omA zu kriegen. Was gerne vergessen geht: Es gibt keine allgemeine. Ein äquivalentes "Verständnis" von Entropie liesse sich in gleicher Weise ebenfalls aufbauen (aber ganz sicher nicht durch Wikipedia-"Artikel"). Ein solches Verständnis hätte als einen zentralen Aspekt, dass Entropie bei Vorgängen produziert wird. In diese Richtung läuft die Kausalität ("irreversibel wegen Entropie-Produktion"), wenn Du denn schon unbedingt eine haben willst, und nicht - wie der Satz immer noch nahe liegt - andersrum. -- 222.124.200.98 20:44, 22. Sep. 2014 (CEST)

Danke, diese Anmerkung finde ich sehr hilfreich.

Was hältst Du davon, die folgende Passage:

In einem System nimmt die Entropie zu, wenn ihm Wärme zugeführt wird oder wenn in ihm irreversible Prozesse ablaufen. Die Entropie kann nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in einem abgeschlossenen System niemals abnehmen. In anderen Worten: Wenn verschiedene Vorgänge in einem abgeschlossenen System denkbar und mit dem Energieerhaltungssatz vereinbar sind, dann kann davon nur derjenige ablaufen, der mit einem Anwachsen (oder wenigstens Gleichbleiben) der Entropie einhergeht.

... folgendermaßen umzuformulieren:

In einem System ändert sich die Entropie bei Aufnahme oder Abgabe von Wärme. Findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt (abgeschlossenes System), so kann die Entropie nach dem zweiten Hauptsatz der Wärmelehre nicht mehr abnehmen. Es kann im System jedoch Entropie entstehen. Prozesse, bei denen dies geschieht, sind daher irreversibel, d. h. unumkehrbar. --Pyrrhocorax (Diskussion) 21:08, 22. Sep. 2014 (CEST)

Besser. Ich wäre aber sogar noch konsequenter / mutiger: Irgendwie so.

Entropie wird zusammen mit Energie((Wärme)) (oder enthalten in Materie) transportiert((Temperatur ist das "Mischungsverhältnis")), daher ändert sich die in einem System vorhandene Entropie bei Aufnahme oder Abgabe von Energie((Wärme))). Findet kein Wärmeaustausch oder Materieaustausch mit der Umgebung statt (abgeschlossenes System), so kann die Entropie nach dem zweiten Hauptsatz der Wärmelehre nicht mehr abnehmen (Entropie kann nicht vernichtet werden). Es kann im System jedoch Entropie entstehen. Prozesse, bei denen dies geschieht, werden als irreversibel bezeichnet, d. h. sie sind ohne äusseres Zutun unumkehrbar.

Das ist so natürlich nicht 1:1 zu übernehmen, aber das wäre etwa die Richtung, in die man IMHO gehen müsste, wenn man an eine didaktisch geschicktere Version will. -- 120.203.215.16 21:37, 22. Sep. 2014 (CEST)

Ich werde das so übernehmen, wobei ich ein paar Klammereinschübe tilgen werde, weil sie den Lesefluss hemmen und daher in WP unerwünscht sind. --Pyrrhocorax (Diskussion) 06:44, 23. Sep. 2014 (CEST)

unlogischer Satz in der Einleitung

Im dritten Absatzes hieß es: "Makrozustände höherer Entropie haben mehr Mikrozustände und sind daher statistisch wahrscheinlicher als Zustände niedrigerer Entropie." Der Satz ist tautologisch (im erweiterten Sinne). Er sagt erstens aus, dass Makrozustände höherer Entropie mehr Mikrozustände haben als solche Zustände niedrigerer Entropie (das wäre eine Definition). Der Satz sagt zweitens aus, dass Makrosysteme höherer Entropie statistisch wahrscheinlicher sind, als solche Zustände mit niedrigerer Entropie (das ist, soweit ich das als Physik-Laie begreife, eine statistische Beobachtung). Mit dem Wort "durch" wird die Beobachtung mit der Definition begründet. Ich habe nun einfach das Wort "daher" gelöscht, womit der Satz wenigstens logisch Sinn macht. Allerdings erklärt auch er nicht die Ursache für Entropie, sondern nur den Begriff. --Gavrosh (Diskussion) 20:26, 25. Sep. 2014 (CEST)

Naja. Was mit diesem ziemlich vorkorksten bis falschen Satz gesagt werden soll ist wohl eigentlich (und immer noch stark vereinfacht): Entropie misst, auf wieviele verschiedene Arten die in einem System vorhandene Energie auf seine Einzelteile aufgeteilt ist / werden kann. Gibt es viele Energie-Aufteilungsvarianten, so ist die Entropie gross. Die Grundidee ist nun grob gesagt, dass die verschiedenen Varianten alle gleich wahrscheinlich sind. Dann werden sich Systeme mit nicht "gleichmässigen" Energie-Aufteilungsvarianten im Laufe der Zeit diesbezüglich "nivellieren" und die Entropie steigt folglich zu einem für das jeweilige (abgeschlossene) System gegebenen Maximalwert im Gleichgewichtszustand an. Aber zur Laientauglichkeit der Entropie hatte ich ja weiter oben schon was geschrieben. -- 2A02:1203:ECB3:33C0:4DBC:4DBB:E696:759 10:52, 30. Sep. 2014 (CEST)

Formelzeichen für Arbeit

Im Abschnitt "Partielle Ableitung der Entropie" wird für die zugeführte Arbeit das Formelzeichen A (bzw. δA) verwendet. Das korrekte Formelzeichen für die Arbeit ist aber eigentlich "w", welches meiner Meinung nach hier auch verwendet werden sollte (um Verwechselungen vorzubeugen). Oder gibt es einen guten Grund dafür das hier "A" statt "w" verwendet wird, den ich nur nicht kenne???--Der Leviathan (Diskussion) 11:45, 9. Okt. 2014 (CEST)

Hat wahrscheinlich dem Autor des Abschnitts so gefallen. Da Arbeit anderswo im Artikel mit W bezeichnet wird, habe ich das im angesprochenen Abschnitt angepasst. --Wrongfilter ... 11:53, 9. Okt. 2014 (CEST)