Entropie Abfragen der Prkonzepte n Auf dem Tisch

Entropie

Abfragen der Präkonzepte n Auf dem Tisch liegen ein Wollpullover und ein Stück Eisen. Beide fühlen sich unterschiedlich warm an. Wie erklärst du dir das? n Was ist Kälte? n Erkläre jemandem den Unterschied zwischen Temperatur, Wärme und Energie.

Was passiert bei einem Kühlschrank? Er wird innen kalt und hinten warm. Die „Wärme“, die innen war, wird herausgepumpt

Definition der Entropie n Das, was der Kühlschrank herauspumpt, nennen wir (da der Begriff „Wärme“ in der Physik schon vergeben ist, ) ENTROPIE.

Entropie als mengenartige Größe n n Stellt man eine Tasse mit warmem Tee in den Kühlschrank, so pumpt er eine gewisse Menge an Entropie heraus, bei zwei Tassen (mit gleichviel Tee der selben Temperatur) das Doppelte (er läuft doppelt so lange). Aus einer heißeren Teetasse pumpt er ebenfalls mehr Entropie heraus. Je massereicher und heißer ein Körper ist, desto mehr Entropie enthält dieser.

Antrieb für strömende Entropie Tasse heiß Tisch kalt ENTROPIE fließt von Stellen hoher Temperatur zu Stellen niedrigerer Temperatur. Die Temperaturdifferenz ist dabei der Antrieb. Sie fließt so lange, bis beide dieselbe Temperatur haben h 1 großer Druck h 2 Kleiner Druck WASSER fließt von Stellen hohen Druckes zu Stellen niedrigeren Drucks. Die Druckdifferenz ist dabei der Antrieb. Es fließt so lange, bis beide Drucke (Höhen) gleich sind.

Festlegen einer Maßeinheit für die Entropie n Diejenige Menge an Entropie S, die man benötigt, um 1 cm³ Eis von 0°C zu schmelzen, beträgt 1, 23 Ct Dabei gilt 1 Ct = 1 Carnot = 1 J/K Da Eis die „Schmelzwärme“ 335 J/g hat, benötigt man 335 J bei der Temperatur 273 K, also nach ∆E = T∆S folgt ∆S = 335 J/273 K ≈ 1, 23 J/K

Absoluter Nullpunkt n n Wenn man Entropie aus einem Körper herauspumpt, wird er kälter. Das hat eine untere Grenze. Wenn alle Entropie herausgepumpt ist, ist die Temperatur auf den absoluten Nullpunkt gefallen. -> In der Schule: Kelvin-Skala

Entropie-Transport • Entropie-Leitung • Entropie-Strahlung • Konvektion Entropie -> Beispiele / Zirkelpraktikum

Das Peltier-Element, eine Entropie-Pumpe Versuch: Peltier-Element an eine Taschenlampenbatterie anschließen und die unterschiedlichen Temperaturen auf beiden Seiten fühlen Warm kalt In der Umkehrung (eine Seite wird erwärmt, die andere abgekühlt) ist es eine Stromquelle. (Thermogenerator)

Entropie und Energie Entropie Heiß Kalt Die strömende Entropie transportiert auch Energie. Ein Teil dieser Energie wird vom Peltier-Element abgezweigt. Hier wirkt es als Generator. Vgl. Elektro-Motor und Dynamo Entropiestrom „ungleich“ Energiestrom

Analogie: Vergleich mit Elektrischem Stromkreis bzw. Wasserstromkreis

Entropiestromkreis Energie mit Entropie 50°C 15°C Entropie ALU Entropie Energie Entropie 45°C Energie ALU 20°C

Zusammenhang zwischen Energie und Entropie n ∆E = T∙∆S analog zu n Maßeinheiten: [S]=[E]/[T]=1 J/K ∆E = U∙∆Q Hätte man die Einheit von S zuerst festgelegt, z. B 1 Carnot (1 Ct), ergibt sich [T]=1 J/Ct So hat man es bei der E-Lehre gemacht: [U]=1 J/Q Umgeschrieben auf Ströme: IE= T∙ IS P=U ∙ I

Gibbs‘sche Fundamentalform d. E = T d. S - pd. V + d. Q + dn +. . . GF GF / dt IE = P = T IS - p IV + IQ + In +. . . = i Ixi Extensive Gr. Stromstärke Intensive Gr. Beitrag zu IE E d. E / dt – S d. S / dt T T V d. V / dt p p – IS

Entropieerzeugung Versuch: Es wird an keiner Stelle kälter – wie kann dies sein?

Entropieerzeugung Der Feuerwehrmann gleitet an der Stange herunter Die Stange + Hände werden warm. Die Schüler erkennen: Entropieerzeugung und Irreversibilität hängen zusammen.

Entropiezunahme und Temperatur im Teilchenmodell Je höher die Temperatur, desto heftiger die Bewegung. Deutung der Brown‘schen Molekularbewegung durch Albert Einstein (1905). Das Gewimmel wird größer

Entropieerzeugung Analogiebeispiele (auch abstrakter Art): Lottokugeln Pusteblume Gerücht Jeder selbstablaufende Prozess erzeugt Entropie; Jedoch: Die Energie bleibt erhalten.

Gummi spannen und entspannen Vie l En trop ie Es wird Entropie kalt aufgenommen Selbstablaufend Entropie Es wird entweicht warm Wenig Entropie als Maß der „Freiheitsgrade“ / „Unordnung“

Interessante Fragen: Kann es ein Perpetuum Mobile geben? http: //www. hp-gramatke. de/perpetuum/index. htm Kann es eine Zeitmaschine geben? Filme vorwärts und rückwärts zeigen.

Entropieerzeugung Fließt Entropie, Elektrizität, so wird Entropie erzeugt.

Wärmeleitung „Verbraucher“ T 1 Energie Wärmeleiter T 2 Entropie Mit Entropie ΔE 1=T 1· ΔS 1 ΔE 2=T 2· ΔS 2 Entropie wird erzeugt Ideal: ΔS ΔS 1= 2 = T · ΔS EES: T 1· ΔS 1 2 2 Da T 1 > T 2 ist, muss ΔS 1< ΔS 2 gelten.

Wärmemaschinen Kopf mit Wasser tränken T 2=15°C T 1=20°C Kopf mit Spiritus tränken T 2=8°C T 1=20°C Die Enten schaffen zwischen zwei Temp. -niveaus

Lernzirkel n n n Stirling Motor Otto Motor Eierboot OPITEC: Stirling Motor zum Selberbauen Atomkraftwerk: Die Wege der Energie und Entropie

Phasenübergänge Diagramm austeilen und diesen durch Schüler deuten lassen (sie kennen bereits ΔE=T· ΔS) Versuch zur Bestätigung erst anschließend machen. Wasser Temperatur in K Rel. Energie zum wenig Energie zum Schmelzen Energie Sieden 373 273 Entropie Gefahrenhinweise und Bedeutung für den Alltag.

Was kühlt die Cola am besten? Eiswürfel aus dem Kühlschrank Crushed Eis Kaltes Wasser aus dem Kühlschrank

Weitere Beispiele für Phasenübergänge n n n Eisschmelze in Gebirge Kühlung von Obst Frösteln im Schwimmbad „Trinkente“ Feuchtes Tuch aus dem Auto hängen Kühlung von Getränken bei Lk. W Fahrern

Wärmepumpen im Alltag n n Wo findet man solche Wärmepumpen? Funktionsweise klären. Muss man zahlen! Wärmepumpe 35°C Energie 25°C Fußbodenheizung Elektrizität 10°C E n e r g i e 2°C Sole

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Einstieg mit Kühlschrank klären