Die Energieentwertung

• Anknüpfung (1.4.1):Knallgas reagiert freiwillig zu Wasser, obwohl \(\Delta_r S^\circ < 0\) ist — die Reaktionswärme geht in die Umgebung.
• Wärme trägt Entropie:nimmt ein Körper bei der Temperatur \(T\) die Wärme \(Q\) auf, wächst die Zahl seiner Mikrozustände — um so stärker, je kälter er ist.

Stelle die Anfangstemperaturen der beiden Körper ein. Dann lässt du Wärme portionsweise (5 kJ) oder mit „Start ▶“ fließen — oder schickst sie probeweise gegen den Strom (Körper anwählen mit Tab, dann →/←). Die Balken zeigen die Entropieänderung jedes Körpers.

Halte fest: Die Energie bleibt vollständig erhalten, aber jede Portion, die vom heißen zum kalten Körper fließt, erzeugt Entropie — der kalte Körper gewinnt mehr Entropie, als der heiße verliert.

• Umgebung:nimmt bei konstantem Druck die Wärme \(-\Delta_r H\) auf; sie ist so groß, dass \(T\) konstant bleibt: \(\Delta S_U = -\dfrac{\Delta_r H}{T}\).

• Beispiel:\(\ce{2 H2(g) + O2(g) -> 2 H2O(l)}\) bei 298 K: \(\Delta S_U = \frac{571{,}6\,\text{kJ}}{298\,\text{K}} = +1918\,\text{J/K}\), also \(\Delta S_{\text{ges}} = -326{,}6 + 1918 = +1591\,\text{J/K}\) (je Formelumsatz).
• Exotherme Vorgängeerhöhen die Entropie der Umgebung, endotherme senken sie.

• Energie bleibt erhalten (1.1.2):bei jedem freiwilligen Vorgang entsteht aber Entropie — umkehren lässt er sich nicht von selbst.
• Energieentwertung:Energie verteilt sich auf immer mehr Teilchen bei immer tieferer Temperatur; ihr Anteil, der sich noch in Arbeit umwandeln lässt, sinkt.
• Wertvoll:elektrische Energie, chemische Energie, Wärme bei hoher Temperatur. Wertlos: Wärme bei Umgebungstemperatur.
• Wärmekraftmaschine:Wärme \(Q_w\) fließt bei \(T_w\) hinein, Abwärme bei \(T_k\) hinaus. Damit \(\Delta S_{\text{ges}} \ge 0\) bleibt, muss mindestens \(Q_w \cdot T_k/T_w\) als Abwärme abgegeben werden.

• Kraftwerk:Dampf mit 550 °C (823 K), Kühlwasser 30 °C (303 K): \(\eta_{\max} = 1 - \frac{303}{823} = 63\,\%\) — real werden etwa 45 % erreicht.
• Verlorene Arbeit:jede erzeugte Entropie kostet nutzbare Energie: \(W_{\text{verloren}} = T_0 \cdot \Delta S_{\text{ges}}\) (\(T_0\): Umgebungstemperatur).