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Gernot Wurm | Praxiswissen | Fachbeitrag

7.1.1 Physikalische, thermodynamische Grundlagen

Der Energieerhaltungssatz der Wärmelehre („Erster Hauptsatz“ der Thermodynamik) besagt, dass der Energieinhalt in einem System erhalten bleiben muss, dh konstant ist. Der als „innere Energie“ bezeichnete Wärmeinhalt kann jedoch zur Leistung von Arbeit genutzt werden und sinkt dabei um den Betrag der geleisteten Arbeit ab, oder es kann dem System Wärme zugeführt werden und sich die innere Energie um diesem Betrag erhöhen. Allerdings ist es nicht möglich Wärme aus einem Reservoir vollständig in Arbeit umzuwandeln, da stets ein Teil der Wärmeenergie nutzlos an die Umgebung abgegeben wird („zweiter Hauptsatz“ der Thermodynamik). Während der Energieerhaltungssatz keine Aussage darüber zulässt, in welche Richtung ein Prozess spontan und freiwillig abläuft, ergibt sich aus dem zweiten Hauptsatz, dass Voraussetzung für einen freiwillig stattfindenden Prozess die Zunahme der Entropie ist und sich der Zustand des Systems nicht mehr ändert, wenn der für das System maximal mögliche Wert der Entropie erreicht ist. Ein solcher in irreversibler Weise ablaufender Prozess lässt sich anschaulich etwa dadurch darstellen, dass sich bei zwei in einem faktisch abgeschlossenen System befindlichen Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Temperatur beim Vermischen ein Temperaturausgleich einstellt, der bei der Flüssigkeit mit der höheren Temperatur durch die Wärmeabgabe zu einer Zunahme der Entropie, bei der anderen Flüssigkeit zu einer Abnahme der Entropie führt, in Summe jedoch bei Erreichen des Temperaturausgleichs den Zustand der größtmöglichen Entropie einnimmt.