2. HS der Thermodynamik




hier darf und soll gefachsimpelt werden

Re: 2. HS der Thermodynamik

Beitragvon superhaase » Mi 20. Feb 2019, 17:01

@winfried:
Weil Du an anderer Stelle hier im Forum mir bzw. uns grad eine Leseschwäche vorgeworfen hast:

Die folgende obige Feststellung:
superhaase hat geschrieben:Und zweitens beruhte diese Schlussfolgerung aufgrund des biologischen Lebens - sofern es die eigentlich relevante energetische Betrachtung angeht - auch auf einer Missachtung der Systemgrenzen: biologische Systeme entwickeln sich eben nur unter erheblicher Energiezufuhr von außen, und sterben und zerfallen (Unordnung nimmt zu), sobald die Energiezufuhr abgeschnitten wird. Der 2. HS und die o.g. Interpretation mit der zunehmenden energetischen Unordnung (Entropie) gilt aber nur für geschlossene Systeme (kein Energieaustausch mit der Außenwelt). Sobald man hingegen die Systemgrenze über das biologische Individuum ausdehnt und dessen Energiequellen in das System einschließt, so dass dann wieder ein geschlossenes System betrachtet wird, trifft der 2. HS sofort wieder zu: im gesamten geschlossenen System nimmt die Entropie (Unordnung) wieder zu, auch wenn sich darin einzelne biologische Systeme lokal zu einer höheren (energetischen) Ordnung entwickeln.

... ergibt sich schon ganz leicht beim genauen Lesen der von Dir zuvor eingestellen Zitate aus Veröffentlichungen zum Thema Ungleichgewichtsthermodynamik (ich hab die entscheidenden Stellen mal hervorgehoben):
winfried hat geschrieben:Ein wichtiges Ergebnis der Nichtgleichgewichtsthermodynamik ist das Prinzip der minimalen Entropieproduktion für offene Systeme, welche nur wenig vom thermodynamischen Gleichgewicht abweichen. Dies ist der Bereich der so genannten linearen irreversiblen Thermodynamik. Sie beschreibt in einem vereinheitlichten formalen Rahmen lineare Zusammenhänge zwischen Flüssen und ihren korrespondierenden Kräften. Diese Kräfte werden normalerweise als Gradienten einer skalaren Größe aufgefasst und die Flüsse durch bekannte lineare Naturgesetze beschrieben, wie zum Beispiel das ohmsche Gesetz (Stromfluss), das Ficksche Gesetz (Diffusion), das Fouriersche Gesetz (Wärmeleitung) oder die Kinetik einer chemischen Reaktion (Reaktionsgeschwindigkeit). Durch die Bilanzierung der Entropie, in die die Produktion der Entropie in dem System und die über die Systemgrenzen fließende Entropie eingehen, lässt sich durch den zweiten Hauptsatz die Invarianz dieser Gesetze zeigen. Für das Beispiel der Wärmeleitung zeigt sich, dass mit der Thermodynamik nur ein Wärmefluss vom heißen zum kalten vereinbar ist, und dass die Wärmeleitfähigkeit immer eine positive Größe sein muss. Durch die mathematische Analyse wird außerdem gezeigt, dass eine thermodynamische Kraft (z. B. Temperaturdifferenz oder Spannungsdifferenz) in einem System einen zusätzlichen indirekten Fluss verursacht (Beispiel: elektrischer Stromfluss verursacht durch Wärmeleitung (Seebeck-Koeffizient), oder Wärmestrom verursacht durch einen elektrischen Stromfluss (Peltier-Koeffizient)). Von Lars Onsager wurde gezeigt, dass die Einflüsse zwischen Flüssen und den nicht dazu korrespondierenden Kräften gleich groß sind (Reziprozitätsbeziehungen). Da die Entropiebilanz in einem geschlossen System immer positiv sein muss, folgt zusätzlich: Die Größe der Kreuzeffekte ist immer wesentlich kleiner als die direkten Effekte. Für das Beispiel mit den zwei Kräften gilt, dass die Kreuzeffekte (Peltier-Koeffizient und Seebeck-Koeffizient) maximal zweimal der Wurzel aus den Produkten der Koeffizienten der beiden direkten Effekte (elektrische und thermische Leitfähigkeit) entspricht.
Weicht ein offenes System stark vom Gleichgewicht ab, kommt die nichtlineare Nichtgleichgewichtsthermodynamik zum Zug. Wichtiges Ergebnis in diesem Bereich ist das Stabilititätskriterium von Ilya Prigogine und Paul Glansdorff, das angibt, unter welchen Bedingungen der Zustand mit der minimalen Entropieproduktion instabil wird und ein System bei gleichzeitigem Entropieexport eine höher geordnete Struktur annehmen kann. In diesem Bereich können also spontan so genannte dissipative Strukturen entstehen, die experimentell bestätigt wurden (beispielsweise Bénard-Zellen). Da in diesem nichtlinearen Bereich auch biologische Prozesse anzusiedeln sind, ist dieses Resultat besonders auch in Hinsicht auf die Entwicklung des Lebens von großer Bedeutung.
[...]

Dissipative Strukturen

Eine dissipative Struktur (engl.dissipative structure‚ zerstreuende Struktur‘) bezeichnet das Phänomen sich selbstorganisierender, dynamischer, geordneter Strukturen in nichtlinearen Systemen fern dem thermodynamischen Gleichgewicht. Dissipative Strukturen bilden sich nur in offenen Nichtgleichgewichtssystemen, die Energie, Materie oder beides mit ihrer Umgebung austauschen. Beim Aufbau geordneter Strukturen nimmt die Entropie lokal ab; diese Entropieminderung des Systems muss durch einen entsprechenden Austausch mit der Umgebung ausgeglichen werden.
Die Ausprägung geordneter Strukturen hängt entscheidend von den Systemparametern ab, wobei der Übergang vom ungeordneten zum geordneten Zustand sprunghaft erfolgt. Dissipative Strukturen zeigen eine gewisse Stabilität (Nichtgleichsgewichtsstabilität) gegenüber Störungen von außen, zerfallen jedoch, sobald der Austausch mit der Umgebung unterbrochen wird oder allgemein bei größeren Störungen der Systemparameter.
Beispiele
Beispiele für dissipative Strukturen sind die Ausbildung von wabenförmigen Zellstrukturen in einer von unten erhitzten Flüssigkeit (Bénard-Effekt) oder an Phasengrenzen bei Strömungsvorgängen, Fließgleichgewichte in der Biochemie, Hurrikane, chemische Uhren und Kerzenflammen. Dissipative Strukturen besitzen viele Gemeinsamkeiten mit biologischen Organismen, weshalb Lebewesen auch meist zu diesen gezählt werden.

Das ist genau das gleiche, was ich oben gesagt habe, nur mit anderen Worten.

Auch ist aus diesen von Dir selbst zitierten Aussagen völlig klar, dass auch bei der Ungleichgewichtsthermodynamik oder Nichtgleichgewichtsthermodynamik selbstverständlich der 2. Hauptsatz der Thermodynamik gültig ist, und zwar immer dann, wenn bei einem Nichtgleichgewichtssystem der externe Energie- und Materieaustausch in die Betrachtung einbezogen wird. Mit anderen Worten, sobald das übergeordnete geschlossene System betrachtet wird.

Jedenfalls stehen auch diese von Dir selbst zitierten Aussagen über Nichtgleichgewichtsthermodynamik den Behauptungen von LESA diametral entgegen, denn, wie oben zitiert, wird bei solchen NIchtgleichgewichtssystemen eine interne (lokale) Entropiezunahme zwingend durch einen Entropieexport ausgeglichen.
Das heißt nichts anderes als: eine Wärmekraftmaschine ohne Wärmesenke kann es nicht geben, denn ein Entropieexport (Wärmeexport) ist unvermeidbar, wenn lokal die Entropie zunimmt.
Die Nichtgleichgewichtsthermodynamik oder die Ungleichgewichtsthermodynamik, wie es Schaeffer nennt, bestätigt also den 2. Hauptsatz, und taugt keineswegs dazu ihn auszuhebeln.
superhaase
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