Diskussion:Entropie

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Dieser Artikel wurde ab April 2009 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Entropie (Thermodynamik)“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden. Anmerkung: größere Überarbeitung im Dez 2014

Dieser Artikel wurde ab Januar 2015 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Entropie: Gliederung, Didaktik, usw.“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden. Anmerkung: Überarbeitung des Abschnitts "Ein einfacher Zugang zur Entropie"

Dieser Artikel wurde ab Januar 2016 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Entropie“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden. Anmerkung: leichte Umformulierung des Abschnitts "Mischungsentropie"

Quantenverschränkungs-Entropie

Fehlt, ist aber aktuelles Forschungsgebiet (Takayanagi, Ahrenshoop, Zusammenhang mit Area Laws, Eisert, Black Hole Entropy, New Horizons in Physics Prize 2015 ...)--Claude J (Diskussion) 22:26, 25. Sep. 2016 (CEST)

Irreversible Thermodynamik

Muss die Rolle der Entropie als Antrieb aller spontanen (also irreversiblen, also aller wirklichen) Prozessen nicht deutlich gemacht werden? Das ist auch in den Artikeln zu Caratheodory, Onsager etc. noch sehr dünn. Ich bin da leider nicht der wahre Experte für, sondern erinnere mich vor allem anein paar Stellen aus dem alten Becker, Theorie der Wärme. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:24, 17. Aug. 2020 (CEST)

Mal ein Entwurf einer neuen Einleitung

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Die Entropie ist in der Thermodynamik eine Zustandsgröße eines makroskopischen Systems von fundamentaler Bedeutung. Sie hat unter anderem folgende Eigenschaften:

• In einem abgeschlossenen System, das sich durch spontane innere Prozesse (wie Wärmeleitung, Vermischung durch Diffusion, Erzeugung von Reibungswärme, chemische Reaktion etc.) dem thermodynamischen Gleichgewicht annähert, lassen diese Prozesse die Entropie des Systems anwachsen. Der Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn die Entropie den größtmöglichen Wert erreicht, der mit den gegebenen äußeren Parametern des Systems (wie Volumen, Energie, Teilchenzahlen, äußeres Kraftfeld etc) verträglich ist. Alle spontanen thermodynamischen Prozesse kommen dann zum Erliegen und die Entropie bleibt konstant.
• Entropie kann nicht vernichtet werden. Ein Prozess, bei dem Entropie entstanden ist, kann nicht rückgängig gemacht werden, ohne dass die entstandene Entropie an die Umgebung des Systems abgegeben wird. Selbst wenn der ursprüngliche Zustand des Systems damit wiederhergestellt werden kann, ist nun die Umgebung in einem anderen Zustand als vorher. Eine spurlose Rückkehr zum alten Zustand von System und Umgebung ist unmöglich. Weil alle spontanen thermodynamischen Prozesse Entropie erzeugen, werden sie auch als irreversibel (=unumkehrbar) bezeichnet.
• Das Anwachsen der Entropie durch jeglichen spontanen Prozess definiert in der Physik die Richtung der fortschreitenden Zeit.
• Wird einem System mit der Temperatur T die Wärme Q zugeführt oder abgegeben, wird ihm damit auch die Entropie $\Delta S=Q/T$ zugeführt bzw. abgegeben. Auch Zufuhr bzw. Abgabe von Materie erhöht bzw. verringert die Entropie eines Systems. Wird am System nur physikalische Arbeit geleistet, fließt keine Entropie.
• Ist für ein System bekannt, wie sich die Entropie aus seiner inneren Energie, seinem Volumen und den Stoffmengen der einzelnen chemischen Komponenten darin berechnen lässt, dann wird diese Formel als Fundamentalgleichung bezeichnet. Aus ihr lassen sich die Formeln für alle thermodynamischen Eigenschaften des Systems ableiten (z. B. Zustandsgleichungen, Kompressibilität, spezifische Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient).

Die SI-Einheit der Entropie ist Joule pro Kelvin (J/K).

Eine nähere Deutung der Entropie wird in der statistischen Mechanik gegeben, wo Systeme aus sehr vielen einzelnen Teilchen betrachtet werden. Ein Makrozustand eines solchen Systems, der durch bestimmte Werte der makroskopischen thermodynamischen Größen definiert ist, kann durch eine hohe Anzahl verschiedener Mikrozustände realisiert sein, die durch innere Prozesse ständig ineinander übergehen, ohne dass sich die makroskopischen Werte dabei ändern. Die Entropie ist ein logarithmisches Maß für die Anzahl der verschiedenen Mikrozustände, die das System in dem gegebenen Makrozustand haben könnte. Das Anwachsen der Entropie in einem System, das von einem beliebigen Anfangszustand aus sich selbst überlassen bleibt und sich foglich dem Gleichgewichtszustand nähert, erklärt sich dadurch, dass der Zustand des Systems mittels dieser inneren Prozesse sich mit größter Wahrscheinlichkeit demjenigen Makrozustand annähert, der bei gleicher Energie durch die größte Anzahl verschiedener Mikrozustände zu realisieren ist. Dieser Makrozustand hat die höchstmögliche Entropie und stellt den stabilen (makroskopischen) Gleichgewichtszustand des Systems dar. Durch diese spontan ablaufenden Annäherung an den Gleichgewichtszustand, die als Relaxation bezeichnet wird, wird Entropie erzeugt.

Im Rahmen dieser Deutung wird umgangssprachlich die Entropie häufig als ein „Maß für die Unordnung“ bezeichnet. Allerdings ist Unordnung kein definierter physikalischer Begriff und hat daher kein physikalisches Maß. Richtiger ist es, man begreift die Entropie als ein wohldefiniertes objektives Maß für die Menge an Information, die benötigt würde, um aus der Kenntnis des vorliegenden Makrozustandes des Systems den tatsächlich vorliegenden Mikrozustand bestimmen zu können. Je größer die Anzahl infrage kommender Mikrozustände ist, desto mehr Information wird benötigt. Dies ist gemeint, wenn die Entropie auch als „Maß für die Unkenntnis der Zustände aller einzelnen Teilchen“ umschrieben wird.<ref name="Becker" />

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Das habe ich mal entworfen, um die Diskussion wieder zu beleben. --Bleckneuhaus (Diskussion) 15:09, 14. Nov. 2023 (CET)

Danke @Bleckneuhaus für Deine Arbeit. Die Idee mit einer Liste kurzer Beschreibungen finde ich gut. Bei dem Absatz mit der Fundamentalgleichung sehe ich ein Problem bei „den übrigen thermodynamischen Zustandsgrößen“, evtl. hier konkret die Parameter auflisten: innere Energie, Volumen und die Stoffmengen der einzelnen Komponenten (damit erfasst man dann leider aber nicht alle Systeme, wie etwa bei äußeren Magnetfeldern), siehe hierzu etwa Callen Kap. 2.2. --ArchibaldWagner (Diskussion) 17:07, 14. Nov. 2023 (CET)

Danke zurück. Ich habe es etwas überarbeitet. Gibt es weitere Stimmen hierzu? --Bleckneuhaus (Diskussion) 18:18, 16. Nov. 2023 (CET)

@Bleckneuhaus, du bist mir gerade zuvor gekommen, es gab einen Editierkonflikt. Folgendes hatte ich noch mitteilen wollen:

Änderungvorschlag für den Punkt mit der Fundamentalgleichung:

• »Ist für ein einfaches System bekannt, wie sich die Entropie aus der inneren Energie, dem Volumen und den Stoffmengen der einzelnen chemischen Komponenten berechnen lässt, dann wird diese Formel als Fundamentalgleichung bezeichnet. Aus ihr lassen sich die Formeln für alle thermodynamischen Eigenschaften des Systems ableiten (z. B. Zustandsgleichungen, Kompressibilität, spezifische Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient), soweit keine äußeren Kraftfelder auf das System einwirken.«

Dies ist ein Versuch, den Satz weniger angreifbar zu machen. Ich hatte in einigen Lehrbüchern nachgeschaut und sehe mich nicht in der Lage, den Sachverhalt kurz und doch völlig korrekt darzustellen. Ansonsten denke ich: der Entwurf von Bleckneuhaus berücksichtigt den Wunsch der IP gut und mit einer Übernahme in den Artikel kann der obige Diskussionspunkt von meiner Seite abgeschlossen werden. ArchibaldWagner (Diskussion) 18:23, 16. Nov. 2023 (CET)

Danke, das würde ich so übernehmen. Wenn sich nicht schnell noch merklicher Protest regt, kommt das ganze dann in Kürze in den Artikel. Ob weiter unten neuer Anpassungsbedarf entsteht, müssen wir dann sehen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:26, 16. Nov. 2023 (CET)

Nun habe ich den obigen Entwurf noch einmal verbessert, vor allem den 2. Punkt noch klarer gemacht, denke ich. Im letzten Punkt störte mich der ansonsten undefinierte Begriff "einfaches" System. Damit ist doch nichts anderes gemeint, als durch die folgenden Worte gesagt wird, nämlich dass seine Entropie aus den drei Variablen berechnet werden kann und andere nicht zu betrachten sind. Oder übersehe ich da was? - Beim allerersten Stichpunkt bin ich am Zweifeln, ob eine andere Formulierung der Prozesse nicht schneller eingängig wäre: Temperaturausgleich durch Wärmeleitung, Abbremsen von bewegten Teilen durch Reibung, gleichmäßige Durchmischung durch Diffusion, chemische Reaktion. --Bleckneuhaus (Diskussion) 15:21, 17. Nov. 2023 (CET)

Dürfte ich vielleicht anmerken, dass ich beim allerersten Satz über das nachgestellte "von fundamentaler Bedeutung" stolpere? Beim ersten Lesen beziehe ich das auf das System und bin verwirrt. Beim zweiten Lesen ist eh klar, dass es sich auf die Zustandsgröße bezieht, dennoch kann man das vielleicht verbessern, indem man den Satz auseinander zieht. Zwei Ansätze:

1. Die Entropie ist eine physikalische Größe von fundamentaler Bedeutung in der Thermodynamik. Sie ist eine Zustandsgröße eines makroskopischen Systems und hat unter anderem folgende Eigenschaften:

2. Die Entropie ist eine Zustandsgröße eines makroskopischen Systems. Sie ist von fundamentaler Bedeutung in der Thermodynamik und hat unter anderem folgende Eigenschaften:

Die erste Variante hat im ersten Satz so gar keine Definition und bietet nur eine Einordnung. Ob die zweite Variante für einen Neuling so erhellend ist, weiß ich aber auch nicht. Vielleicht scheint mir gerade deshalb die erste Variante "ehrlicher", weil sie darauf hinarbeitet, dass der eigentliche Gehalt eben in den Eigenschaften steckt. --Wrongfilter ... 16:18, 17. Nov. 2023 (CET)

Danke Wrongfilter! Dasselbe Gefühl von unklarer Doppel-Aussage hatte ich nämlich auch gerade, und die Lösung liegt wohl in der Teilung, wie Du vorschlägst. Ich mach mal was, aber erst morgen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 16:54, 17. Nov. 2023 (CET)

Wärmekraftmaschine in die Einleitung?

Bei den Stichpunkten in der Einleitung fehlt mir irgendwie doch ein Satz wie: Ein Prozess, der kontinuierlich Wärme in Arbeit umwandelt (Wärmekraftmaschine), ist nur möglich, wenn die zugeführte Wärme zum Teil als Abwärme wieder an die Umgebung abgegeben wird, um die mit der Wärme zugeführte Entropie wieder abzuführen. Nur die Differenz aus zugeführter und abgegebener Wärme kann in Arbeit umgewandelt werden. --Bleckneuhaus (Diskussion) 14:29, 19. Nov. 2023 (CET)

Maß für die Unordnung

Ich habe einen gerade beginnenden Editwar durch Seitenschutz beendet. WinfriedSchneider wollte die Beschreibung mit der Unordnung prominenter in der Einleitung haben. Abgesehen von der Diskussionspflicht auf Seiten dessen, der eine Änderung zum status quo will, hat mich irritiert, dass die hier noch gut sichtbare nicht lange zurückliegende Diskussion gerade dazu von Winfried trotz ZF-Hinweis von Wrongfilter nicht aufgegriffen wurde. Ich hoffe auf Lektüre der obigen Diskussionen und ggf. neuen Argumenten. Geschützt habe ich, da ich inhaltlich nicht involviert war in den Diskussionen - sonst hätte ich das auf VM melden müssen. Gruß Kein Einstein (Diskussion) 21:19, 4. Jan. 2024 (CET)

Hallo Kein Einstein, danke für deine Aktion, die ich ausdrücklich unterstütze. -- Wassermaus (Diskussion) 22:06, 4. Jan. 2024 (CET)

Den Seitenschutz kannst Du wieder wieder aufheben, denn „beginnender Editwar“ missversteht mein Interesse an Verbesserung des Artikels und Verteidigung der Revert-Regeln gegen Missbrauch. Ich belasse es bei je einem Versuch, aber erlaube mir den Hinweis, dass es keine „Diskussionspflicht auf Seiten dessen (gibt), der eine Änderung zum status quo will“, nur Wikiquette und das Grundprinzip Sei mutig! Grüße von --Winnie Schneider (Diskussion) 22:22, 4. Jan. 2024 (CET)

Ich gestehe ein, dass ich den Belege-Aspekt (Punkt 3) hier generalisiert habe - aber auch die von dir zitierte Revert-Regel setzt den status quo, also die frühere Version, als Normalzustand. Daher hat Wrongfilter das verteidigt, was in längeren Diskussionen erarbeitet wurde. Wenn du Argumente für eine Veränderung hast, dann nenne sie hier bitte. Im Vertrauen auf deine gegebene Zusage hebe ich den Seitenschutz auf. Kein Einstein (Diskussion) 22:46, 4. Jan. 2024 (CET)