Entropie: Fragen

Zurück zur Übersicht

Noch Fragen, Kienzle ??

Fragen

Hier können Sie Ihre Fragen zur Entropie eingeben.

What is that thing called entropy?

Das Buch Entropy demystified stellt einige Fragen danach, was Entropie sein könnte, und wie das persönliche Gefühl das interpretiert.

Mpemba Effekt

Warmes Wasser gefriert im Kühlschrank schneller als kaltes Wasser ? Wie ist das zu erklären ?

Mpemba Effekt

Entropie und Innere Energie

• Frage: Ist die Entropie identisch mit der Inneren Energie? So wie die Entropie beschrieben wird (extensive Größe, die sich mit der Temperatur ändert, etc.) ähnelt sie meines Erachtens sehr der Inneren Energie. Entropie wird ja in den Skripten der Karlsruher Uni als "Wärme im umgangssprachlichen Sinn" begriffen, aber gleichzeitig entspricht das, was man im Alltag als Nichtphysiker als "Wärme" bezeichnet, am ehesten dem Konzept der Inneren Energie. Nur merkwürdigerweise unterscheiden sich die Einheiten von Entropie und Innerer Energie. Also: Gleichheit oder nicht, und warum? Und falls nicht, als was kann man sich Entropie dann vorstellen, wenn nicht als die chaotische Teilchenbewegung eines Körpers? 62.47.241.225 09:53, 10. Feb. 2009 (CET)

Entropie und Urknall

Im Urknall soll die Entropie sehr niedrig gewesen sein. Gleichzeitig war die Temperatur sehr hoch. Da steckt ein gewisser Widerspruch. Bei hohen Temperaturen ist meistens auch die Entropie hoch? Wie war das also mit der Entropie beim Urknall?

Negative Entropie

Gibt es negative Entropie? Wenn ja was bedeutet sie? siehe  Negentropie

Log W ist fuer 0 bis 1 negativ, heißt dies das es negative Entropie geben kann?

Erwin  Schroedinger schreibt in seinem Buch Was ist Leben?, daß Eiweiß eine sehr hohe Ordnung und damit negative Entropie hat. Stimmt das? Wie definiert Schrödinger den Begriff Ordnung?

Rote und blaue Teilchen mischen sich. Was passiert mit der Entropie ?

Gasteilchen in Bewegung

Diese Frage stammt aus dem Buch Entropy demystified. Entropy Demystified: The Second Law Reduced To Plain Common Sense (Revised Edition): von Arieh Ben-Naim

Gegeben sind zwei Teilchensysteme:

• eines mit 15 blauen Teilchen in einem quaderförmigen Volumen von 1 ml.
• eines mit 15 roten Teilchen ebenfalls in einem quaderförmigen Volumen von 1 ml.

Die Teilchen sind gasförmig und gleichmässig verteilt.

Nun nimmt man die Trennwand zwischen den beiden Volumina weg und die Teilchen können sich in das jeweils andere Volumen hinein ausdehnen. Zum Schluß sind blaue und rote Teilchen gleichmässig verteilt und gemischt in 2 ml zu finden. Der Autor behauptet, das nach dem Mischen die Entropie gleichgeblieben ist.

Was kann man dazu sagen ? Zunächst läuft der Prozeß des Mischens freiwillig ab und ist irreversibel. Das spricht sehr dafür, daß die Entropie zunimmt. Eine Sonderbedingung dieser Aufgabe ist die Tatsache, daß es sich um verschiedene, d.h unterscheidbare blaue und rote Teilchen handelt.

Zur Vereinfachung betrachtet man den Vorgang näherungsweise als  adiabatische Zustandsänderung, d.h. es findet keine Temperaturerhöhung statt. Es wird auch keine Wärme nach außen abgegeben.

Zu einer weiteren Vereinfachung beschränken wir uns zunächst nur auf die blaue Sorte Teilchen.

Dann gilt nach Boltzmann für die Entropiezunahme Delta S

• Delta S = S2 - S1 = k * ln ( V2 / V1)

k ist die Boltzmann Konstante =1,3806504*10^(−23) Joule/Kelvin

Man kann dann folgendes Berechnen:

• Delta S blau = k * ln 2 = k * 0,6931 = 1,3806504*10^(−23) Joule/ Grad Kelvin * 0,6931 = 0.95696317 * 10^(−23) Joule/ Grad Kelvin

D.h die Entropie hat um diesen geringen Betrag zugenommen. Dasselbe gilt für die roten Teilchen.

• Delta S rot = k * ln 2 = k * 0,6931 = 1,3806504*10^(−23) Joule/ Grad Kelvin * 0,6931

Man kann auch die Mischungsentropie blau und rot berechnen.

• Siehe http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk2-2007/node31.html
• S mischung = S m = k* N1 * ln ( (N1 + N2 ) / N 1 ) + k* N2 * ln ( (N1 + N2 ) / N2 )

In unserem Fall ist N1 = N2 = 15 , N = 15

Dann kann man rechnen

• S mischung = S m = k* N *( ln 2 + ln 2) =1,3806504*10^(−23) Joule/ Grad Kelvin * 15 * 2 * 0,6931

Man bekommt einen Wert der 30 mal größer ist, als die Entropiezunahme bei Verdopplung des Volumens für nur ein Gas. Das scheint unplausibel zu sein.

Wären die Teilchen nicht unterscheidbar, hätten sich nur die absoluten Entropien addiert.

• Siehe  Gibbssches Paradoxon

Zustand oder Ereignis

Ist die Entropie ein Eigenschaftsparameter von Zuständen oder von Ereignissen?

Meinung von WN au CH: Die Entropie ist ein Eigenschaftsparameter von Zuständen und nicht von Ereignissen. Darum ist auch die Verbindung „Zufall“ und „Entropie“ fragwürdig, weil Zu-fall nach Zufalls-Ereignis klingt. Natürlich kann man sich fragen, ob „Zustand“ und „Ereignis“ nicht dasselbe seien (Ereignis als Zustand eines Augenblicks); es gibt aber schon Unterschiede, z. B.: Ereignisse haben Koordinaten x, y, z, t, Zustände aber nur bedingt... Die Entropie, die in Ereignissen zu stecken scheint, steckt in Wirklichkeit in der Reihenfolge wie die Ereignisse Aufgetreten sind, also im Zustand der Sequenz einer Ereignismenge, usw. Das ist dann wohl der Grund, warum in der hübschen Abbildung H=f(p) offenbar ganz intuitiv von zwei stattgefundenen Ereignissen mit den Wahrscheinlichkeiten p und q (wobei p+q=1) gesprochen wird, also vom Zustand der Reihenfolge.

Meinung von Rho Ich meine schon, daß man auch Ereignisse mit der Entropie messen kann. So steckt in dem Zufall eines idealen Münzwurfes definitionsgemäß die Entropie 1 bit. Nimmt man einen Achterwürfel und wirft diesen, dann steckt in einem Wurf deutlich mehr Entropie: nämlich 3 Bit.

Das klassiche Beispiel ist auch die Urne mit mehreren verschieden farbigen Kugeln.

Wieviel Zufall oder wieviel Entropie steckt dabei in jedem Zug?

Entropie ist auch ein Maß für die Zahl der Möglichkeiten, die bei einem Ereignis eintreten können. Da die Zahl der Möglichkeiten aber rasant anwächst, wenn man den Ereignisraum vergrößert, ist ein logarithmisches Maß für diese Zahl der Möglichkeiten praktischer und liefert kleinere Werte. Der Zusammenhang zwischen der Zahl der verschiedenen Kugeln einer Urne und der Entropie findet sich hier.

Siehe auch Entropie#Beispiel: Idealer Würfel

Man kann auch zwischen einem synthetischen und einem analytischen Zufall unterscheiden: Siehe Zufall#Analytischer und synthetischer Zufall

Dabei scheint zunächst der synthetische Zufall bessere Werte (ganze Zahlen ohne Wahrscheinlichkeitsangabe) zu liefern. In Wirklichkeit muß aber jeder reale Zufallsgenerator, der uns synthetische Zufall liefert, erst auf seine Zufälligkeit analytisch überprüft werden. Insofern hat WN recht, daß der Zufall erst an seinen Folgen erkannt wird.

Trotzdem glaube ich, daß der Zusammenhang zwischen Zufall und Entropie fundamental ist. Entropie ist für mich ein Maß für die Gesamtzufallsmenge, die in einem oder mehreren Ereignissen oder in einer Folge von Zahlen oder Symbolen steckt.

Interessant ist die Idee, aus der Not eine Tugend zu machen und eine neue mathematische Grundgröße das Zufallsbit zu definieren. Dieses Zufallsbit ist Folge eines idealen Münzwurfes und hat genau die Wahrscheinlichkeit von 0,5 für jeder seiner zwei Möglichkeiten und damit genau 1 Bit Entropie. Real ist das nie erreichbar. Wenn man nur lange genug eine Münze wirft ergibt sich irgendwann immer ein gewisser Trend. Das gilt übrigens auch für Roulettemaschinen. Deswegen werden sie immer wieder einmal ausgetauscht.

Gekühltes Bier und die Entropie

Siehe http://www.wer-weiss-was.de/theme55/article1537829.html

Spezifische Wärmekapazität und spezifische Entropie

Wie unterscheidet sich die spezifische Wärmekapazität von der spezifischen Entropie ? Ist das nicht beidesmal dasselbe ?

In Wikipedia gibt es 3 Artikel zur Wärmekapazität :

•  Wärmekapazität
•  Spezifische Wärmekapazität
•  Molare Wärmekapazität

Siehe auch

• http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/10/waerme/kapazitaet/start_kapazitaet.htm

Kühlschrank

Ein Kühlschrank ist nicht mit dem Stromnetz verbunden. Die Tür ist geschlossen. In welcher Richtung fließt die Entropie?

Die Entropie fließt immer von warm nach kalt, wenn sie fließen kann. Wenn der Kühlschrank aber nicht am Netz hängt wird er dieselbe Temperatur in seinem Inneren haben, wie seine Umgebung. Dann fließt gar keine Entropie. Außerdem ist der Entropiefluss beim Kühlschrank natürlich durch die Isolierung sehr langsam.

Kann Wärmeenergie mehrfach verwendet werden ?

Auf einer Internetseite über Entropie steht in der Einleitung folgender Satz : Dieselbe Energie immer wieder verwenden zu können – das wäre schön. Man könnte die Heizwärme gewissermaßen wieder einsammeln und den Raum erneut damit heizen. Aber wir wissen, dass das nicht geht und dass jedes Jahr eine neue Gasrechnung kommt. Halten Sie den Satz für richtig oder falsch ? Quelle: physik.wissenstexte.de/entropie.htm Zumindest ist der Satz mißverständlich. Denken Sie an eine Wärmepumpe, mit der man auch ein Haus heizen kann. Denken Sie daran, daß man ein Haus so bauen kann, daß es komplett mit Sonnenenergie beheizt wird. Das ist zwar ziemlich aufwendig und die Investitionskosten verglichen mit einer Erdgasheizung sind hoch. Im Betrieb ist das Haus dann aber sehr billig. Man bekommt keine Gasrechnung mehr, denn die Sonnenenergie ist kostenlos. Wie könnte man den Satz besser formulieren.

Beispiele für Entropiezunahme

Gibt es praktische Beispiele für folgende allgemeine physikalisch-chemische Aussagen zur Entropiezunahme

Entropie nimmt zu

1. wenn Teilchen sich regellos in einem ihnen zur Verfügung stehendem Raum verteilen oder dieser Raum vergrößert wird
2. wenn die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen zunimmt
3. wenn unterschiedliche Temperaturen oder Konzentrationen ausgeglichen werden
4. beim Schmelzen, Verdampfen und Sublimieren ( von Fest direkt in gasförmig umwandeln )
5. beim Lösen von Stoffen
6. wenn bei chemischen Reaktionen die Anzahl der Teilchen zunimmt
7. wenn bei chemischen Reaktionen Gase entstehen

• zu 1. Ausschütten eines Eimer Wassers, Luft aus einem Reifen lassen
• zu 2. Wasser wird erwärmt,
• zu 3. Vermischung von kaltem und warmem Wasser, Meerwasser und Süßwasser mischen sich bei einer Flußmündung
• zu 4. ein Stück Eis schmilzt in einem Glas Whiskey, die Sonne leckt den Schnee weg und wandelt ihn teilweise direkt in gasförmigen Wasserdampf um
• zu 5. Zucker im Kaffee, Milch im Kaffee, ein Tropfen Tinte in klarem Wasser
• zu 6. Esterspaltung, Verstoffwechselung von Fett oder Zucker
• zu 7. Wenn etwas verbrannt wird.

Beispiele für Entropieabnahme

Der 2.Hauptsatz der Thermodynamik schreibt einen eindeutigen Zeitpfeil und eine ständige Zunahme der physikalischen Entropie vor. Das gibt Anlaß zu einiger Verwirrung und wirft Fragen auf, die anscheinend dem 2. Hauptsatz widersprechen.

Der Urknall

Der Beginn des uns bekannten Universums muß ein Zustand sehr niedriger Entropie gewesen sein. Wäre das nicht der Fall, könnte die Entropie im Weltall und in der Physik nicht ständig zunehmen. Rätselhaft bleibt, wie dieser Zustand sehr niedriger Entropie zustande kommen konnte.

die Entstehung von Sternen

Durch die Entstehung von Sternen wird ein Zustand niedriger Entropie erreicht, der dazu führt, das Sterne durch Kernfusion über Milliarden von Jahre Energie in ihr Umfeld abgeben und damit die Entropie in ihrem Inneren erhöhen in ihrem Umfeld aber erniedrigen können.

Die Entstehung von Kristallen

Durch Abkühlung von Materie kann es zur Kristallisation von Atomen kommen, die scheinbar dem 2.Hauptsatz widerspricht.

Die Entstehung des Lebens auf der Erde

Auch dies ist ein Ereignis gewesen, das scheinbar entgegen der allgemeinen Entropievermehrung abgelaufen ist.

Die Evolution des Lebens

Dies ist ein Jahrmillionen andauernder Prozess, der scheinbar entgegen der allgemeinen Entropievermehrung abläuft.

Entropieabnahme im Nanobereich

Siehe http://www.wissenschaft.de/technik-kommunikation/physik/-/journal_content/56/12054/1166095/2.-Hauptsatz-der-Thermodynamik-verletzt:-In-Nanomaschinen-kann-die-Entropie-abnehmen/

Warum ist die Entropie so wichtig ? Was habe ich davon, wenn ich den Begriff Entropie besser verstehe ?

Siehe Entropie:_Didaktik#Warum_ist_die_Entropie_wichtig_.3F_Was_habe_ich_davon.2C_wenn_ich_den_Begriff_Entropie_besser_verstehe_.3F

Welches Licht enthält mehr Entropie : blaues Licht oder rotes Licht ?

Siehe http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/altlast/18.pdf

Ist die Entropie gequantelt ? Gibt es eine elementare Entropiegröße ?

Die mathematische Entropie hat als Basisgröße das bit. Das ist die Informationsmenge, die in einem Zufallsprozeß mit 2 gleichberechtigten Möglichkeiten zum Beispiel in einem idealen Münzwurf steckt. Bits sind im Prinzip gequantelt, aber es sind leicht Zufallsprozesse mit niedrigeren Bitwerten denkbar. Beispiel Wurf eines Reissnagels. Die Wahrscheinlichkeit für die eine Variante ist kleiner 0,5 und damit ist die Entropie kleiner als 1.

Der Mensch produziert in Ruhe ungefähr eine Entropie von 0,2 J/ K pro Sekunde. Wie kann man so eine Aussage nachvollziehen ?

Bei der Aussage fehlt eine Angabe über die Umgebungstemperatur, die Größe, das Gewicht und das Geschlecht des Menschen. Hat man all diese Werte, dann kann man über den  Grundumsatz die Entropieproduktion pro Sekunde berechnen.

Entropie und andere physikalische Grössen

Wie kann man Entropie definieren in Bezug auf

• die Expansion und Kontraktion elastischer Stoffe
• die Gravitation
• die Implosion und Explosion chemischer und physikalischer System

Links mit Fragen zum Thema Energie

• http://www.physikerboard.de/topic,16009,f970442956e0f888618a416b0364da95,-beispiele-zu-entropie.html