Erklarungsprinzip "energetisch guenstiger"

11/01/2012 - 16:26 von ram | Report spam
Wenn man beispielsweise fragt, warum sich zwei Tropfen zu
einem vereinigen, so hört man manchmal die Antwort »Wegen
der Oberflàchenspannung ist das energetisch günstiger.«

Aber ist dies wirklich eine gute Erklàrung?

Was ist denn im allgemeinen »günstiger« bei Energie?

Wenn ein System Energie abgeben kann, dann muß ein anderes
System diese Energie ja aufnehmen. Wenn die Abgabe von
Energie also »günstiger« sein sollte, dann wird sie immer
durch eine gleichgroße »ungünstige« Aufnahme derselbe
Energiemenge durch ein anderes System aufgewogen, so daß der
gesamte Vorgang insgesamt nur »gunstneutral« sein kann.

Außerdem würde dann noch eine Begründung dafür fehlen,
warum etwas Bestimmtes »günstig« sein sollte und für wen.
Die Natur verfolgt ja wohl kein besonderes Ziel an Hand
dessen sie die Gunst von Energieübertràgen beurteilt.

Also scheint mir dies insgesamt keine besonders gut
nachvollziehbare Erklàrung zu sein. Oder habe ich etwas
übersehen?
 

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#1 Gregor Scholten
11/01/2012 - 17:48 | Warnen spam
On 11 Jan., 16:26, (Stefan Ram) wrote:
  Wenn man beispielsweise fragt, warum sich zwei Tropfen zu
  einem vereinigen, so hört man manchmal die Antwort »Wegen
  der Oberflàchenspannung ist das energetisch günstiger.«

  Aber ist dies wirklich eine gute Erklàrung?

  Was ist denn im allgemeinen »günstiger« bei Energie?

  Wenn ein System Energie abgeben kann, dann muß ein anderes
  System diese Energie ja aufnehmen. Wenn die Abgabe von
  Energie also »günstiger« sein sollte, dann wird sie immer
  durch eine gleichgroße »ungünstige« Aufnahme derselbe
  Energiemenge durch ein anderes System aufgewogen, so daß der
  gesamte Vorgang insgesamt nur »gunstneutral« sein kann.



die letztlich entscheidende Größe ist hier nicht die Energie, sondern
die Entropie. Ein abgeschlossenes thermodynamisches System strebt
stets den Zustand des Gleichgewichts, d.h. der maximalen Entropie, an.
Nun gibt es in der Natur aber auch Systeme, die nicht abgeschlossen
sind, sondern Energie und Entropie mit ihrer Umgebung austauschen
können. Bei einem solchen nicht abgeschlossenen System kann man nicht
mehr einfach zugrundelegen, dass das thermodynamische Gleichgewicht
dann erreicht ist, wenn die Entropie des Systems maximal wird, da die
Entropie der Umgebung ebenfalls berücksichtigt werden muss. So kann in
einem Zustand, in dem die Entropie des Systems kleiner ist als der
maximal mögliche Wert, die Entropie von System und Umgebung
zusammengenommen größer sein als in einem Zustand, in dem die Entropie
des Systems ihren Maximalwert hat.

Nun weiß man im allgemeinen aber nur wenig über die Umgebung, so dass
es schwierig ist, ihre Entropie in die Beschreibung einzubeziehen. Man
kann sich die Sache aber vereinfachen, wenn man bestimmte Annahmen
über die Umgebung und ihre Interaktion mit dem System macht. Z.B. kann
man annehmen, dass eine Generierung von Entropie nur im System
stattfindet, nicht aber in der Umgebung. Es gilt dann:

(Entropieànderung des Systems) = (Entropieaufnahme aus der Umgebung) -
(Entropieabgabe an die Umgebung) + (Entropiegenerierung)

(Entropieànderung der Umgebung) = (Entropieaufnahme aus dem System) -
(Entropieabgabe an das System)

Außerdem kann man annehmen, dass der Austausch von Energie und
Entropie bei konstanter Temperatur und konstantem Volumen (des
Systems) ablàuft. Für diesen Fall kann man zeigen, dass die
Gesamtentropie von System und Umgebung genau dann maximal wird, wenn
die sog. Freie Energie F, die durch

F = U - TS

definiert ist, wobei U die innere Energie des Systems ist, T die
Temperatur, und S die Entropie des Systems (nur des Systems, nicht von
System und Umgebung zusammen!), minimal wird. Alternativ kann man
annehmen, dass sich das Volumen des Systems zwar àndern kann, dabei
jedoch der Druck konstant bleibt. Dann ist die Gesamtentropie genau
dann maximal, wenn die Freie Enthalpie

G = F + pV = U - TS + pV

minimal ist. Aus diesen beiden Fàllen leitet sich die Sprechweise ab,
"energetisch günstigere" Zustànde seien bevorzugt. Letztendlich ist
damit gemeint, dass Zustànde bevorzugt sind, bei denen die Freie
Energie bzw. Freie Enthalpie minimal ist. Hàufig ist es aber
tatsàchlich auch so, dass Zustànde minimaler Freie Energie bzw. Freier
Enthalpie zugleich auch Zustànde minimaler freier Energie sind, so
dass die Sprechweise nicht ganz verkehrt ist.


  Außerdem würde dann noch eine Begründung dafür fehlen,
  warum etwas Bestimmtes »günstig« sein sollte und für wen.



viel Entropie ist günstig, und zwar für die Natur.


  Die Natur verfolgt ja wohl kein besonderes Ziel an Hand
  dessen sie die Gunst von Energieübertràgen beurteilt.



sie verfolgt das Ziel maximaler Entropie.

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