Was ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik?
Thermodynamik ist eine Wissenschaft, die die Gesetze der Übertragung von Wärmeenergie von einem Körper auf einen anderen beschreibt. Mit einem solchen Übergang ist es möglich, einen Teil der thermischen Energie in nutzbare Arbeit umzuwandeln.
Daher ist die Thermodynamik die Grundlage für die Berechnungen aller Wärmekraftmaschinen: von Dampfmaschinen bis hin zu einigen fantastischen photonischen Raketen. Ja, ja, wundern Sie sich nicht, auch beim Flug ins All ist Thermodynamik unverzichtbar!
Die Thermodynamik entstand im 18. Jahrhundert mit den ersten funktionierenden Dampfmaschinen. In weniger als hundert Jahren wurden drei grundlegende Postulate entwickelt, die dieser Wissenschaft zugrunde liegen und die als Gesetze (oder Prinzipien) der Thermodynamik bezeichnet werden. Die Gesetze der Thermodynamik sind eine Art Axiome, die eine Verallgemeinerung umfangreicher technischer Erfahrungen darstellen. Daher werden sie ohne Nachweis akzeptiert. Die Frage "warum?" für Axiome ist es bekanntlich nicht üblich, sie zu spezifizieren. Deshalb!
Die Thermodynamik betrachtet thermodynamische Systeme, also Systeme, die unter anderem eine bestimmte Menge an innerer Energie haben, die wir im Alltag Wärme nennen. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist der Energieerhaltungssatz für solche Systeme. Nach diesem Gesetz kann ein thermodynamisches System nur aufgrund seiner inneren Energie oder aufgrund von Energiezufuhr von außen nützliche Arbeit verrichten.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik bestimmt die Richtung des Übergangs der inneren Energie zwischen thermodynamischen Systemen. Nach diesem Gesetz kann innere Energie (d. h. Wärme) spontan nur in eine Richtung übertragen werden – von einem Körper mit mehr innerer Energie zu einem Körper mit weniger davon. Das heißt, Wärme selbst kann nur von einem heißeren Körper zu einem kälteren Körper gelangen. Bei einem solchen Übergang kann ein Teil der thermischen Energie mit Hilfe speziell konstruierter Wärmekraftmaschinen in nutzbare Arbeit umgewandelt werden. Der Prozentsatz der in Nutzarbeit umgewandelten inneren Energie wird als Wirkungsgrad bezeichnet.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik widerspricht nicht der Existenz von Kühlschränken und Klimaanlagen. Tatsächlich muss Energie aufgewendet werden, um ein Objekt zu kühlen, dh seine Wärme auf ein heißeres Objekt zu übertragen. Grob gesagt funktioniert kein Kühler von alleine. Dazu müssen Sie es an das Stromnetz anschließen.
Sowohl der erste als auch der zweite Hauptsatz der Thermodynamik scheinen offensichtlich. Wie man mit Hilfe dieser offensichtlichen Gesetzmäßigkeiten effiziente Wärmekraftmaschinen (oder Kühlschränke) erfindet und berechnet, lässt sich nicht auf „ein Bein” sagen. Nehmen Sie deshalb ein Lehrbuch und „nagen Sie am Granit der Wissenschaft”!