Diskussion:Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der Artikel Erster Hauptsatz der Thermodynamik wurde als Resultat der Diskussion:Thermodynamik aus dem Artikel Thermodynamik ausgelagert. Im Ursprungsartikel ist eine umfangreiche Literaturliste angegeben, die Autoren dort haben jedoch im Abschnitt zum Ersten Hauptsatz keinerlei Einzelnachweise verwendet. Beim Import dieses Artikels ergab sich also das Problem, dass keine konkreten Belege verfügbar waren, dafür aber eine überdimensionierte Literaturliste, die im Artikel Thermodynamik gleichzeitig die Funktion der Belege erfüllt und weiterführende Lesetipps bieten will. Für diesen Artikel habe ich bei der Auslagerung die Literaturliste auf die mir bekannten Standardwerke zusammengekürzt. Diese Auflistung ist somit willkürlich und darf nach Belieben ergänzt oder verändert werden. Freundlichen Gruß, --EveryPicture Diskussion • Artikel • Bilder 16:15, 3. Dez. 2015 (CET)

Abschnitt zur Geschichte

Ein Abschnitt über die historische Entwicklung hin zu dem Postulat des ersten Hauptsatzes – so wie er heute formuliert wird – würde den Artikel bereichern. Insbesondere, dass hier mehrere Personen teilweise unabhängig den Zusammenhang zwischen Wärme und Energie aufgedeckt haben. Wobei der wichtigste Beitrag wohl von James Prescott Joule: "On the Mechanical Equivalent of Heat." aus dem Jahre 1850 sein dürfte. Personen sind hier, Graf Rumford, Robert Mayer, Helmholtz und Joule. Die Aussagen sollten aber alle belegt werden am besten auch unter Erwähnung der Orginalarbeiten. ArchibaldWagner (Diskussion) 21:50, 16. Dez. 2019 (CET)

Heute (2023-04-18) eingefügtes Bild bei offenem System, Erklärung ist ungenau bzw. falsch

Hallo @Hinnerk R Du hast hier ein Bild mit einem Titel – ”Durch den plötzlichen Druckabfall beim Öffnen der Flasche kühlt die Umgebungsluft schlagartig ab. Dadurch gefriert umgehend die Feuchtigkeit der Luft und es entsteht ein Rauch aus Eiskristallen“ – eingefügt, der den Effekt nur ungenau bzw. falsch erklärt. Es ist nicht die Umgebungsluft, sondern das eingesperrte Gas, das sich zuerst (weitgehend adiabatisch) abkühlt! Siehe hierzu etwa Physik zum Anfassen: Der Flaschennebel. Ich bezweifle, dass es in den von Dir angegebenen Referenzen so wie jetzt im Artikel erklärt wird. Außerdem bin ich nicht sicher, ob das Bild, so wie es momentan plaziert ist, dem Leser wirklich hilft. Das Bild ist sicher kein schlechtes Beispiel und auch recht illustrativ, aber es bedarf an dieser Stelle deutlich mehr Erklärung, um den Zusammenhang mit den Bilanzgleichungen bei offenen Systemen zu erklären. --ArchibaldWagner (Diskussion) 16:21, 18. Apr. 2023 (CEST)

Angesichts der Quellenlage muss ich Dir widersprechen.

"Eine Kurzzeitaufnahme zeigt eindrucksvoll, wie ... die in der Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit zu einem weißen Rauch aus Eiskristallen gefriert. Wer hätte gedacht, dass uns das Öffnen einer Sektflasche solch tiefe Einblicke in die Thermodynamik ermöglicht." Zitiert aus: Roth, K. (2009), Sekt, Champagner & Co. So prickelnd kann Chemie sein, Chemie in unserer Zeit, 43: 418–432. doi: 10.1002/ciuz.200900520

"The white fog or smoke so obvious when a real champagne bottle is opened does, however, show an associated cooling sufficient to condense or even freeze water from the surroundings (see Fig. 1)." zitiert aus der englischsprachigen Version des Artikels, die unter https://www.chemistryviews.org/details/ezine/889289/Sparkling_Wine_Champagne__Co__Part_2/ zugreifbar ist.

"Beim Öffnen der Flasche fiel die Temperatur der Sektluft auf ca. -78 Grad, wodurch sich nahezu ausschließlich der Wasserdampf und nicht das Kohlendioxid in kleine Eisteilchen verwandelte. Weißgrauer Nebel war die Folge." aus der von Dir angegebenen Quelle https://www.wetterdienst.de/Deutschlandwetter/Thema_des_Tages/3924/physik-zum-anfassen-der-flaschennebel Abgesehen von der Tatsache, dass es sich bei Feststoffteilchen um Rauch und nicht um Nebel handelt, steht das in keinem Widerspruch zu der von mir angegebenen (wenn auch -zugegebenermaßen- verkürzten) Erklärung.

Ich habe zwar "nur" die Fotos gemacht (lange bevor Prof. Klaus Roth seinen Artikel geschrieben hat), bitte Dich aber trotzdem erst die angegebenen Quellen genau zu prüfen, bevor Du solche Behauptungen in die Welt setzt und Änderungen anderer direkt zurücknimmst. --Hinnerk R (Diskussion) 17:49, 18. Apr. 2023 (CEST)

Hier "Unveiling CO2 heterogeneous freezing plumes during champagne cork popping" von 2017 - hier eine Zusammenfassung in Deutsch – wird der Effekt genauer erklärt, was zuerst abkühlt ist das CO2-Gas aus der Flasche; bei dem Austritt expandiert es, in dem es gegen den Druck der umgebenden Luft Arbeit leistet, dabei kühlt es sich ab und vermischt sich zugleich mit der Umgebungsluft, kühlt diese über Wärmetausch auch ab. Damit kondensiert dann auch die in diesem CO2-Luftgemisch enthaltene Feuchtigkeit. Die "Sektluft" ist ein Gemisch aus dem CO2 und der Umgebungsluft. Ich hatte ungenau bzw. falsch geschrieben. – Nur selten sind mir die eingetragenen Referenzen leicht zuglänglich, was mich aber nicht hintern sollte, bei Ungenauigkeiten bzw. vermuteten Fehlern hier darauf hinzuweisen. In Deiner neu eingefügten Referenz von chemistryviews.org wird der Vorgang dann auch verständlich im Abschnitt Thermodynamik erklärt. So wie es im Moment im Artikel steht, ist es irreführend und ohne weitere explizite Erklärung passt es m.E. auch nicht zu dem Abschnitt mit den Bilanzgleichungen. --ArchibaldWagner (Diskussion) 22:14, 18. Apr. 2023 (CEST)

Nachtrag: ich habe mir heute morgen den Artikel "Unveiling CO2..." etwas eingehender durchgelesen, demnach ist der "weiß-graue Rauch" tatsächlich durch die Feuchtigkeit in der Umgebungsluft bestimmt. Doch schreiben die Autoren in ihrer 'Conclusion': ”...Nevertheless, based on this set of experiments, the situation has appeared really more complex and subtle....“. Die Beobachtung gut zu erklären erfordert also einigen Aufwand und braucht mehrere Effekte aus der Thermodynamik. Auf der anderen Seite visualisiert das Bild aber eine allgemein bekannte Erscheinung und ist daher hier im Wiki ein instruktives Beispiel. Es ist aber m.E. nicht bei den Energiebilanzen angebracht, denn dazu müsste man auch in der Erläuterung auf die Energiebilanz eingehen. Das Bild könnte aber, einen wirklich erklärender Zusatztext vorausgesetzt, in dem Lemmata Kondensation und/oder Adiabatische_Zustandsänderung#Beispiele eine Bereicherung sein. (Wobei ein Vergleich von Bildern mit verschiedenen Flaschen Temperaturen – 6°C und 20°C – mehr Möglichkeiten böte, oder gar diese Highspeed-Kamera Bilder.) Eine Integration in den Hauptartikel Thermodynamik kann auch sinnvoll sein (vielleicht sogar als Alternative zur aktuellen Motor-Animation), ob überhaupt und wo sollte man aber zuerst m.E. auf der Diskussionsseite (bzw. Redaktion Physik/QM-Seite) vorschlagen und abklären. --ArchibaldWagner (Diskussion) 12:59, 19. Apr. 2023 (CEST)

Die Beschreibung der Vorgänge und die Verwendung des Bildes kann sich sicher noch verbessern lassen. Ich habe die Erklärungen von Prof. Klaus Roth für die Bildunterschrift verwendet (und als Quelle angegeben) und sie dabei -notwendigerweise- stark verkürzt bzw. zusammengefasst. Die Betrachtungen zur Thermodynamik stammen ausschließlich von Professor Roth. Als ich die Bilder (bzw. das hier zur Diskussion stehende Bild) gemacht habe, hatte ich keinesfalls Thermodynamik im Sinn. Ich habe mich über die "Wolke", die die Sicht auf den Korken behindert, geärgert. Jahre später bat mich Herr Prof. Roth um die Nutzungsrechte für dieses Bild, um es in seinem Artikel verwenden zu können (ich habe der Nutzung gegen Namensnennung zugestimmt). Wenn Du die thermodynamische Erklärung anzweifelst, wende Dich bitte direkt an Herrn Professor Klaus Roth.

Die Bildbeschreibung und die Verwendung des Bildes kann durchaus diskutiert und wahrscheinlich auch verbessert werden. --Hinnerk R (Diskussion) 15:42, 19. Apr. 2023 (CEST)

Der von Dir zitierte Satz aus Chemie in unserer Zeit, 43: 418–432 ist erst einmal nur eine reine Beschreibung der Erscheinung und die Behauptung, dass dies uns tiefe Einblicke in die Thermodynamik ermöglicht. Aber er beschreibt nicht direkt, wie die Thermodynamik die Beobachtung erklärt. Prof. Roth spricht von Eiskristallen, die neuere Arbeit (2017) spricht von kleinsten Wassertröpfchen (Miestreueung bei einer Flaschentemperatur um 6°C) hier gibt es einen Unterschied, ich vermute die neuere Arbeit liegt hier richtig. – Welche Flachentemperatur (Kühlschrank- oder Zimmertemperatur) lag bei Deiner Aufnahme vor, weißt Du das noch? – Die Autoren gehen ausführlich auf die Bedingungen zur Enstehung von Eiskristallen ein. Wie immer es auch sei, danke für den Hinweis auf deine Aufnahme und dieses bekannte Phänomen, das Bild ist instruktiv, aber es ist hier beim ersten Hauptsatz m.E. am falschen Platz und es Bedarf einer genaueren Erklärung. Ich werde mir einmal überlegen, ob und wie es sich bei der adiabatischen Zustandsänderung einfügen lässt. Dir empfehle ich, es auf der Thermodynamik-Diskussionsseite als Illustration vorzuschlagen. Ich kann das ggf. auch machen. --ArchibaldWagner (Diskussion) 17:05, 19. Apr. 2023 (CEST)

Hallo @Hinnerk R, kannst Du auch dieses Bild aus Deiner Sammlung in Commons zur Verfügung stellen? --ArchibaldWagner (Diskussion) 12:42, 20. Apr. 2023 (CEST)

Das gerade entfernte strittige Bild bei Adiabatische Zustandsänderung eingefügt und den Effekt dort beschrieben. Als Referenz wurde die Arbeit von G. Liger-Belair et. al (2017) angegeben, weil dort eine genaue experimentelle Untersuchung mittels einer Highspeed Kamera beschrieben wird und eine genaue theoretische Betrachtung der komplexen Erscheinung gegeben ist. Wegen einem mangelnden inhaltlichen Bezug zur Energiebilanz wurde das Bild aus diesem Lemma entfernt. --ArchibaldWagner (Diskussion) 17:38, 21. Apr. 2023 (CEST)

Makroskopische Formulierung

Hallo. Sollte man nicht auch die makroskopische Formulierung erwähnen? $\Delta U=Q+W$. Liebe Grüße --Johannes Schneider (Diskussion) 15:01, 22. Aug. 2023 (CEST)

Diese Schreibweise sieht man des öfteren in Lehrbüchern, letztlich ist wohl aber nichts anderes als $\qquad \mathrm {d} U=\delta Q+\delta W$ damit gemeint. Es ist immer eine Frage was sich genau hinter den Formelzeichen verbirgt. Die Formel alleine ist auch nicht der erste Hauptsatz, sondern eher eine Definition von $Q$. Ein gute Beschreibung dieser Problematik findet sich in H. Callen "Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics" Kap. 1 (The problem and the postulates) oder in G. Ludwig "Einführung in die Grundlagen der theroretischen Physik" Band 4 XIV Thermodynamik §1.2 und § 1.3 - siehe dort auch auf S 41 eine genauere Beschreibung und den Hinweis: ”Viele Unklarheiten entstehen dadurch, Sätze und Definitionen nicht genau zu unterscheiden.“ - Meine Antwort auf Deine Frage: ja, wenn man die Formel mit den $\delta$ damit ersetzt und im Text genau erklärt, was unter $W$ und $Q$ zu verstehen ist, die zitierten Quellen wären ein guter Ausgangspunkt dafür.