Entropie.

1.) Der erste Hauptsatz der Wärmelehre.

1.1. Ein Nachmittag in der Eisdiele - wie Wärme strömt.

Es ist ein schöner Sommertag und Tim und Jana sitzen im Cafe.
Tim hat sich einen Kaffee bestellt, Jana einen Eiskaffee. Beide unterhalten sich angeregt, vergessen die Zeit - und ihre Getränke.
Was passiert?

Das kennst du aus dem Alltag: Tims Kaffee wird kalt, während in Janas Eiskaffee das Eis schmilzt.
Tims warmer Kaffee gibt nämlich Wärme an die (kühlere) Umgebung ab, Janas kalter Eiskaffee dagegen nimmt Wärme aus der Umgebung auf.
Warten sie sehr lange, dann haben beide Getränke die Umgebungstemperatur angenommen.

1.2. Der Energieerhaltungssatz wird erweitert - der erste Hauptsatz der Wärmelehre.

Warum bleiben Schwingungen nicht ewig erhalten?

Wäre ein schwingendes System wie z.B. ein Federpendel ein abgeschlossenes System, dann würden die im System enthaltenen Energieformen Spannungsenergie, Bewegungsenergie und ggf. Höhenenergie zwar ständig ineinander umgewandelt, die Summe dieser Energieformen - die sogenannte Gesamtenergie oder innere Energie U - bliebe aber erhalten.
Das ist nichts anderes als der Energieerhaltungssatz.

Unsere Alltagserfahrung sagt uns aber, dass dies nicht so ist.
Das System ist nicht abgeschlossen, es steht mit der Umgebung in Verbindung. Das schwingende System gibt ständig einen Teil seiner Gesamtenergie in Form von Wärme an die Umgebung ab, so lange, bis alle Energie abgegeben ist. Die Amplitude nimmt dabei ständig ab, die Schwingung kommt irgendwann zum Erliegen.
Man nennt dies eine gedämpfte Schwingung.

Man kann also die mechanische(n) Energie(n) in einer Energiebilanz selten für sich betrachten, man muss es immer auch im Zusammenhang mit Wärme tun - auch Wärme ist eine Energieart.

Die innere Energie eines Systems U kann durch Energiezufuhr von außen erhöht werden.
Man unterscheidet zwischen zwei Formen der Energieübergabe:

• Die Arbeit W bezeichnet jede Form der Energieübergabe, die mechanisch erfolgt. Die Menge der verrichteten Arbeit lässt sich allgemein nach der Formel W = F * s berechnen. Zum Beispiel wird einem Gas Arbeit zugeführt, wenn es von einem Kolben zusammengepresst wird.
  Dabei erhöht sich die innere Energie des Gases, es wird wärmer. Das merkst du z.B. wenn du deinen Fahrradreifen aufpumpst - die Pumpe und die Luft darin werden warm.
  
  
• Die Wärme Q ist eine Energieform, die ohne Kraft übertragen wird. Sie fließt von selbst vom Ort hoher Temperatur zum Ort niedriger Temperatur. Während z.B. ein Eiswürfel schmilzt, fließt ständig Wärme aus der Umgebung in ihn hinein.

Beide Größen können auch negativ sein, es handelt sich dann um eine Energieabnahme des Systems.

Darum geht es im ersten Teil der Vortrags von Martin Buchholz. Viel Spaß!

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