Hallo, ist der 2. Hauptsatz der Thermodynamik eigentlich richtig bewiesen? Mein Lehrer meinte nämlich er sei bewiesen und somit unwiderlegbar. Ich wollte ihm nämlich erklären, dass der 2. HS der Thermodynamik widerlegt wurde, und wie das gemacht wurde, aber er glaubte mir das nicht so recht.
autoexec wrote: > Ich wollte ihm nämlich erklären, dass der 2. HS der Thermodynamik widerlegt > wurde, und wie das gemacht wurde Dann erklär mal
Ok, das ist ein wenig kompliziert: Man füllt eine lange, auf beiden Seiten geschlossene Röhre mit einem Gas äußerst geringen Druckes, so dass die freie Wegstrecke, die ein Atom zurücklegen kann bevor es mit einem anderen kollidiert, GRÖßER ist als die Höhe des Gefäßes (das ist wichtig für die Funktion). Dieser Druck liegt bei größenordnungsmäßig einigen milliadstel Bar. Das Rohr muss senkrecht aufgestellt werden und sollte, um einen deutlichen Effekt zu sehen, sehr lang sein (z.B. 100 Meter). Das Prinzip: Jedes Teilchen bewegt sich (wenn die Temperatur > 0 Kelvin ist; Stichwort: Brownsche Teilchenbewegung). Unter dem Einfluss der Erdgravitation werden die Teilchen bei ihrem Flug nach oben gebremst und beim Flug nach unten beschleunigt. Soweit ist das (meiner Meinung nach) logisch. Das bedeutet, dass auch die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen oben geringer ist als unten. Nun bedeutet aber eine geringere mittlere Teilchengeschwindigkeit eine niedrigere Temperatur. Somit wird die Röhre oben kälter als unten (kann man sogar berechnen; 10°C Unterschied sind bei 100m Rohrlänge durchaus möglich). Aus einer Temperaturdifferenz kann man bekanntlich Strom erzeugen. Damit hätten wir Strom durch Abkühlung der Umgebung... Genau das will uns aber der 2. HS der Thermodynamik verbieten. Ist er also tatsächlich widerlegt? Um es gleich vorweg zu nehmen: Es wurden derartige Versuche unternommen, und es funktioniert tatsächlich.
Oje, Vorsicht! Bitte keine "habe ich irgendwo gehört"-Antworten. Das gefährlichste Wissen ist Halbwissen. Wir sollten einmal klarstellen, was "bewiesen" und "widerlegt" überhaupt bedeuten sollen. Wie ein mathematischen Satz, der nach einem korrekten Beweis für alle Ewigkeit gültig ist, kann man Beobachtungen in der Natur halt nicht behandeln und daher auch nicht wirklich "beweisen". Man kann sich nur Modellbeschreibungen dieser Natur ausdenken, die mit keinerlei bisher getätigten Beobachtungen in Widerspruch stehen. Der zweite Hauptsatz beschreibt eine Richtung in der sich die Welt entwickelt. Das entspricht unseren Erfahrungen. Sehen wir einen Film in dem Scherben sich ohne äußere Einwirkung zusammensetzen und auf den Tisch springen, wissen wir, dass er rückwärts läuft. In der Quantenmechanik gibt es Modelle(!), bei denen Prozesse genauso gut in die eine Richtung wie wieder zurück laufen können. Das würde ich noch nicht als "widerlegt" bezeichnen. Werden die Systeme komplexer, ergibt sich in der Regel eine größere Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung in eine bestimmte Richtung wie sie der 2. HS beschreibt. Es gibt nicht die absolute Unumkehrbarkeit, wie sie der 2. HS behauptet, die Wahrscheinlichkeit dafür ist "nur" verschwindend gering, formal allerdings nicht null. Das ist aber kein Grund, den 2. HS in die Tonne zu treten.
ich will ihn ja auch nicht komplett in die Tonne treten, nur die Behauptung "Ein Perpetuum mobile 2. Art ist unmöglich" wäre damit ja eindeutig falsch.
=> klodeckel und wieso Klugscheißer? Weil ich mich für Dinge interessiere von denen du aller Wahrscheinlichkeit nach null Ahnung hast?
@autoexec:
Würde dein Beispiel mit der Röhre tatsächlich funktionieren, dann wäre
es tatsächlich eine Widerlegung des 2. HS ("Es kann keine Maschine
geben, die einem Wärmebad (Gasmolekül) Wärme entzieht und vollständig in
mechanische Leistung umsetzt") - und das ohne Quantenmechanik(!).
Deshalb wage ich die Behauptung, dass der experimentelle Nachweis nie
geführt wurde, egal was auf irgendwelchen Webseiten steht.
=> detlevt: Naja, soweit isch weiß hat bisher niemand eine schlüssige Erklärung warum es nicht gehen soll. In dem Grundprinzip scheint es auch keinen Fehler zu geben. Wirtschaftlich sinnvoll ist es sowieso nicht (eine 100m hohe Röhre bauen, völlig luftleer pumpen und mit z.B. Xenon mit einigen Nanobar Druck füllen, um damit max. ein paar Watt, vermutlich eher Milliwatt zu erzeugen). P.S.: Die Warnlichter für die Flugzeuge (wie die an Windrädern, wäre bei 100m Höhe wohl nötig) brauchen eh schon mehr Strom als so eine Machine erzeugen würde ;)
Die statistische Gastheorie geht von einer Geschwindigkeitsverteilung und Stossprozessen aus. Das ist im vorliegenden Fall nicht mehr gegeben. Wenn die freie Weglaenge einige 100m betraegt, bedeutet das, dass eigentlich nichts mehr da ist, dh es gibt eigentlich keinen Waermetransport und eine Temperaturdefinition, resp Tempersturmessung ist hinfaellig.
=> 3363: Jain. Angenommen, man würde diese Maschine auf einen Neutronenstern oder dergleichen stellen, der z.B. die 1-Mio.-fache Schwerkraft der Erde hat. Dann könnte das Rohr sehr viel kürzer sein, um die gleiche Temperaturdifferenz zu erzeugen. Somit könnte man den Gasdruck sehr viel höher wählen. Andere Frage: Wie wäre es eigentlich, wenn man (auf der Erde, nicht auf dem Neutronenstern) mehrere sehr kurze Rohre mit höherem Gasdruck "stapeln" würde? Dann müsste doch eigentlich mehr Wärme transportiert werden, oder?
@ autoexec (Gast) "...du aller Wahrscheinlichkeit nach null Ahnung hast?" sehr wahrscheinlich......denk darüber mal nach! guude ts
kann es nicht sein, das die Energie aus der Gravition der Erde gewonnen wird? Denn das ganze geht ja nur wenn Schwerkraft vorhanden ist. Das nächste Problem wird sein, das man aus der Differenz vermutlich die Energie gar nicht gewinnen kann, denn wenn es von selber oben kalt und unten warm ist dann wird man die Teilchen auch schlecht davon übezeugen können sich auszutauschen - sie bleiben einfach wo sie sind.
Hallo, das mit der Röhre ist eine sehr interessante Theorie. Ich hatte auch schon einige Ideen: z. B. Man nehme ein Diode. In ihr befinden sich Ladungsträger, die auf Grund ihrer eigenen Temperatur ungeordnet umherfliegen. Da die Diode den Strom aber nur in eine Richtung durchlässt, müsste auf der Katode immer ein höheres Potential anliegen. Schließt man einen Verbraucher an, müsste dieser die Energie aufnehmen. Auch wenn man einen Kondensator anschließt, sollte der dann auf einen bestimmten Wert aufgeladen werden, und zwar den Spitzenwert des thermischen Rauschens (wenn die Diode keinen Spannungsabfall hätte...) Eine andere Idee: Wenn es sehr heiß ist (1000°C) glüht ja alles. Hat man ein silbern glänzendes Rohr und steckt darin einen schwarzen Stab hinein, dann senden zwar beide Körper ein Glühlicht aus, aber das Rohr reflektiert das vom Stab kommende hauptsächlich zu ihm zurück, gibt aber zusätzlich noch sein Glühlicht an den Stab ab, welcher es auf Grund seiner schwarzen Oberfläche absorbieren muss... Ähnliche Idee: überall herrschen 1000°C. Man nimmt eine Solarzelle, schließt eine Verbraucher an. Alles glüht, Solarzelle macht Strom, Strom wird zu Wärme und der ewige Kreislauf ist geschlossen. Es müsste halt mal jemand ausprobieren, obs geht, bzw. wo der Fehler liegt.
tja trotzdem kein Perpetuum mobile 2.Art, weil ihr damit die Erddrehung verlangsamt bzw. von außen ja immer Energie zugeführt wird in Form von Gravitationskraft! @Stefan: leider hat eine Diode auch einen Widerstand, und wo kommt die Wärme her?! Das Pepetuum mobile 2.Art verstößt ja nicht gegen den Energieerhaltungssatz, aber leider gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, nämlich das vollständige Umwandlung von Arbeit in Wärme irreversibel ist.
> Es müsste halt mal jemand ausprobieren, obs geht, bzw. wo der Fehler > liegt. Vielleicht sollte man lieber Lotto spielen oder an der Börse spekulieren ?! Aber macht mal weiter, sehr interessanter Thread.
>Bekanntermaßen wird die Luft in unserer normalen Atmosphäre nach >oben hin ebenfalls immer kälter. Warum nutzt man das denn nicht >aus, wenn es machbar ist? Könnte man theoretisch, aber wer heizt die Luft unten auf? Ja, die Sonne. >Da die Diode den Strom aber nur in eine Richtung durchlässt, >müsste auf der Katode immer ein höheres Potential anliegen. Das elektrische Feld in der Sperrschicht wird durch stationäre, also unbewegliche Ladungsträger erzeugt. >überall herrschen 1000°C. Man nimmt eine Solarzelle, schließt eine >Verbraucher an. Alles glüht, Solarzelle macht Strom, Strom >wird zu Wärme und der ewige Kreislauf ist geschlossen. Wirkungsgrad <100%. Leute, lest mal ein Physikbuch.
Ach, ist doch alles Rotz! Lasst uns doch lieber Salzwasser verbrennen! http://www.youtube.com/watch?v=aGg0ATfoBgo Das heilt gleich noch Krebs mit! Oder das tolle Wasserauto. lol http://www.youtube.com/watch?v=E1OWDcWoXHs&feature=related
Übreigens: Gravitiation ist eigentlich keine Energie, genauso wenig wie Magnetismus. Wenn man die zwei Röhren mit verschiedenen Gasen (unterschiedliche Molekülmasse) füllt, hat man zwischen den oberen Enden der Röhren einen Temperaturunterschied. Damit muss amn die Wärme von unten nicht erst "nach oben" transportieren, um die Temperaturdifferenz nutzen zu können.
> Übreigens: Gravitiation ist eigentlich keine Energie, genauso wenig wie > Magnetismus. Nein. Es sind Wechselwirkungen, auch Grundkräfte genannt, von denen es vier Stück gibt - Starke Wechselwirkung - Elektromagnetische Wechselwirkung - Schwache Wechselwirkung - Gravitation Link dazu: http://www.solstice.de/grundl_d_tph/sm_ww/sm_ww_04.html Das hat erst mal nichts mit Energie zu tun. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, daher ist ein Perpetuum Mobile unmöglich. Um noch eine philosophische (oder ist filosofisch richtig?) Komponente einzubringen (frei nach Prof. Harald Lesch): Unsere Existenz schliesst die Möglichkeit eines Perpetuum Mobile aus! Begründung: Wäre ein PM möglich, hätte die Natur irgendwo eines (oder viele) geschaffen. Die Folge wäre eine permanente Erzeugung von Energie, die sich kurz oder lang in Wärme umgewandelt würde. Das Universum wäre irgenwann in den letzten 13,7 Milliarden Jahren den Hitzetod gestorben. Oder kurz: Naturgesetze kann man nicht brechen.
Meine vorherige Erklärung hat mich selbst nicht mehr überzeugt, deshalb habe ich sie lieber gelöscht. Das Problem physikalisch zu beschreiben, ist gar nicht so einfach, wie ich gemerkt habe. Ich bin mir noch nicht einmal sicher, dass sich schon allein durch das Schwerefeld eine Temperaturdifferenz einstellt, da zwar ein Molekül auf dem Weg nach unten potentielle Energie verliert - die ja nach dem 1. HS irgendwo bleiben muss - andererseits aber dabei von einem Ort mit niedrigerem zu einem Ort mit höherem Druck transportiert wird, wofür Kompressionsarbeit verrichtet werden muss. Möglicherweise heben sich diese Beträge gerade auf. Das müsste man sauber zumindest mit der Boltzman-Statistik eines idealen Gases durchrechnen, dafür fehlt mir Zeit und Motivation. Der große Vorteil des 2. HS ist es jedoch, dass er sehr allgemein formuliert ist und man die Details des Prozesses deshalb gar nicht beachten muss. Wenn das Gesamtergebnis gegen diesen Satz verstößt, MUSS ein Denkfehler darin sein. Das gilt auch in diesem Fall.
Wirus wrote: > Um noch eine philosophische (oder ist filosofisch richtig?) Komponente > einzubringen (frei nach Prof. Harald Lesch): > > Unsere Existenz schliesst die Möglichkeit eines Perpetuum Mobile aus! > > Begründung: Wäre ein PM möglich, hätte die Natur irgendwo eines (oder > viele) geschaffen. > > Die Folge wäre eine permanente Erzeugung von Energie, die sich kurz oder > lang in Wärme umgewandelt würde. Das Universum wäre irgenwann in den > letzten 13,7 Milliarden Jahren den Hitzetod gestorben. > > Oder kurz: Naturgesetze kann man nicht brechen. Diese Begründung überzeugt mich nicht. Es hinge von der Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines PMs und deren "erzeugten" Energie pro Zeit ab, ob in endlicher Zeit, auch wenn es Milliarden Jahre sein, eine "zu große" Energiemenge im Universum ist. Auf den letzten Satz kann man antworten: Wenn man es brechen kann, dann war es halt kein Naturgesetz. Das Problem ist, dass man das Gesetzbuch des Natur nicht direkt einsehen kann. Man kann nur versuchen, nach dem Urteil der "Gerichte" (Experiment) zu raten, was drin stehen könnte. So manche Ansicht musste mit der Zeit revidiert werden, was Kritiker halt dazu verleitet, prinzipiell alles in Frage zu stellen. Dazu gibt es aber keinen Grund, solange keiner ein funktionierendes(!) Perpetuum Mobile präsentieren kann.
Das ist der Brüller: So wie es aussieht ist die von autoexec beschriebene Maschine bereits seit 2003 patentiert! Eingereicht wurde es beim Münchener Patentamt, wo früher einmal ein gewisser Albert Einstein gearbeitet hat. Die Veröffentlichungsnummer ist EP1333175. Kann mir bitte jemand, der sich mit Patenten auskennt, sagen, dass ich mich geirrt habe und das europäische Patentamt dieses Perpetuum Mobile NICHT patentiert hat. Sonst bekomme ich vom andauernden Kopfschütteln noch Kopfschmerzen.
Unter der der Nr. EP1333175 findet man u.a.: "In einer Ausf·uhrung der Erfindung wird ein Temperaturunterschiedselement, bevorzugt ein fester K·orper, eine Fl·ussigkeit oder ein Gas, senkrecht angeordnet in einer Kammer innerhalb eines Geh·auses. Die Kammer kann wahlweise evakuiert oder mit Fasern, Pulvern oder kleinen Kugeln ausgef·ullt sein oder andere Anordnungen haben, um den Einfluss von Konvektionsstr·omen oder von W·armestrahlung zu minimieren. Unter dem Einfluss der Schwerkraft wird das obere Ende des Temperaturunterschiedselements am oberen Ende k·alter als am unteren Ende. Von dieser Temperaturdifferenz ausgehend, kann ein Thermoelement zur Erzeugung von elektrischer Energie benutzt werden oder ein W·armetauscher zur Fortleitung dieses Temperaturunterschieds durch einen W·armetr·ager nach aussen." Also, man braucht zwingend einen Wärmetauscher oder Thermoelement. Wäre dann dasselbe, wie wenn ich ein Peltierelement mit einer Seite am Erdboden (warm) und mit der anderen in 10 km Höhe (kalt) halte. Oder, die Erdwärme nutzend, ein Ende oben "anschliesse", das andere Ende eingrabe ( Erdwärmepumpen arbeiten mit dieser Temperaturdifferenz ). Selbstverständlich funktioniert das. Entnimmt man jedoch dem Thermoelement / Wärmetauscher Leistung, reduziert sich der Temperaturunterschied an den beiden "Anschlüssen", es sei denn, von AUSSEN würde dieser Ausgleichseffekt wieder ausgeglichen. Die Hauptsätze der Thermodynamik gelten für ein nach AUSSEN ABGESCHLOSSENES System, also liegt kein Widerspruch vor. MfG.
NixWisser wrote: > Die Hauptsätze der Thermodynamik gelten für ein nach AUSSEN > ABGESCHLOSSENES System, also liegt kein Widerspruch vor. Das stimmt nicht, bei Wikipedia findet sich auch eine Formulierung für offene Systeme. In diesem Fall geht es zudem nicht um den ersten, sondern um den zweiten Hauptsatz. Eine der äquivalenten Formulierungen dieses Satzes lautet: "Es gibt keine Zustandsänderung, deren einzige Ergebnisse das Abkühlen eines Körpers und das Heben eines Gewichtes sind." Würde diese Gravitationsmaschine funktionieren, würde sie dem Medium im Rohr Wärme entziehen und in elektrische Energie umsetzen. Mit einem Elektromotor könnte man dann ein Gewicht heben. Damit wäre diese Maschine definitiv ein Perpetuum Mobile 2. Art. Du hast natürlich recht, dass ein Temperaturunterschied, wenn es ihn denn gäbe, durch den Wärmefluss über das Thermoelement reduziert würde. Das würde die maximale Leistung dieses Perpetuum Mobile begrenzen, aber nicht prinzipiell etwas ändern. Ich habe die Sache einmal nachgerechnet. Bei konstanter Temperatur im Rohr bildet sich im Gleichgewicht bei dem Gas eine Druckverteilung aus, die durch die barometrische Höhenformel beschrieben wird. Wandert Gas von unten nach oben gewinnt es potentielle Energie durch das Schwerefeld, verliert aber auch Energie, da durch den geringeren Druck Expansionsarbeit geleistet worden ist. Beide Beiträge sind exakt gleich, ein "Rückgriff" auf die gespeicherte Wärmeenergie und damit eine Temperaturveränderung findet nicht statt. Daher ist beim stabilen Gleichgewichtszustand die Temperatur oben und unten gleich. (selbst wenn beim Start noch keine konstante Temperatur entlang des Rohres herrschen würde.) Fazit: Die Maschine, so sie beschrieben wurde, funktioniert nicht. Der Fehler bei autoexecs Beschreibung ist, dass er die Expansionsarbeit nicht beachtet hat. Die Temperaturveränderung in unserer Atmosphäre wird allein durch die Sonneneinstrahlung verursacht und wäre theoretisch als Energiequelle nutzbar, aber da gibt es effizientere Methoden.
Detlev T. schrieb zu Recht: "NixWisser wrote: Die Hauptsätze der Thermodynamik gelten für ein nach AUSSEN ABGESCHLOSSENES System, also liegt kein Widerspruch vor. Das stimmt nicht, bei Wikipedia findet sich auch eine Formulierung für offene Systeme." Ich habe in meinem Physikbuch nachgeschlegen, da steht für den 1. Hauptsatz der Thermodynamik sinngemäss drin: "Die innere Energie eines Systems erhöht sich um die von aussen zugeführte Wärme- und mechanische Energie." Der Energieerhaltungssatz ( der NICHT der 1. Haupsatz der Thermodynamik ist ) besagt, dass die Energiesumme ( inkl. W=0,5mc^2 ) eines abgeschlossenen Systems konstant bleibt, solange von aussen Energie weder zu- noch abgeführt wird. qed. / Gruss
... Der Energieerhaltungssatz ( der NICHT der 1. Haupsatz der Thermodynamik ist ) ... Wo ist der Unterschied zwischen dem Energieerhaltungssatz und dem 1. Hauptsatz?
Abgeschrieben aus meinem Physikbuch Höfling, Physik, Band 2, Teil 1, Dümmler 1973, verdamp' lang her: "Erster Hauptsatz der Wärmelehre: Die Summe der einem System von AUSSEN zugeführten Wärmemenge delta Q und der von AUSSEN zugeführten Arbeit delta W ist gleich der Zunahme seiner INNEREN Energie delta U. ... Es ist schon von R. Mayer erkannt worden, dass der hier behandelte 1. Hauptsatz der Wärmelehre nur eine Teilerscheinung eines viel umfassenderen, die ganze Natur beherrschenden Prinzips ist. ... => Prinzip von der Erhaltung der Energie: In einem ABGESCHLOSSENEN System, in dem sich beliebige mechanische, thermische, elektrische, optische oder chemische Vorgänge abspielen, bleibt die Gesamtenergie unverändert." Wenn sich die Physik inzwischen geändert haben sollte, mir ist's egal ... Viele Grüsse
Hallo Nixwisser (nomen est omen), guck doch mal, ob im Buch eine Widmung von Aristoteles drin ist. Bernd
Grundsätzliche Frage zum Thema "bewiesen": In der Mathematik ist es ja kein Problem, etwas zu beweisen. Aber in der Physik...? Natürlich kann man die Gültigkeit des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik bis zu einem gewissen Grad testen. In allen (bislang) praktisch relevanten Fällen scheint er zu stimmen, aber es mag ja immer noch Szenarien geben, wo er eben nicht stimmt... Beispiel Newtonsche Gesetze: Die Bewegungsgesetze/Gravitation sind da ja so gut untersucht, dass man den Weg einer Raumsonde über Jahre präzise berechnen kann. Trotzdem findet man in der Grössenordnung von Galaxien Anomalien, die unter anderem durch modifizierte Newtonsche Gesetze erklärt werden könnte.
"Hallo Nixwisser (nomen est omen), guck doch mal, ob im Buch eine Widmung von Aristoteles drin ist." => Aber ja doch, noch in Keilschrift gehauen ... / Höfling hätte im Vergleich zu Dr. Merkel nie eine Chance gehabt ! Viele Grüsse
Hallo Nixwissen, habe mir doch gedacht, daß Du noch die Keilschriftausgabe hast. Du mußt jetzt tapfer sein, denn diese ist tatsächlich obsolet. Die aktuelle Ausgabe ist der während der Regierungszeit von Chufu erschienene Gizehfolio.
mr.chip wrote: > Grundsätzliche Frage zum Thema "bewiesen": In der Mathematik ist es ja > kein Problem, etwas zu beweisen. Aber in der Physik...? Natürlich kann > man die Gültigkeit des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik bis zu > einem gewissen Grad testen. In allen (bislang) praktisch relevanten > Fällen scheint er zu stimmen, aber es mag ja immer noch Szenarien geben, > wo er eben nicht stimmt... Naturwissenschaft heißt, in der bekannten Welt Gesetzmäßigkeiten zu erkennen. Stößt man in bislang unbekannte Welten vor, können dort andere Gesetzmäßigkeiten gelten. Das war zum Beispiel der Fall, als man die Eigenschaften von Atomen und Kernen untersuchte. Das führte zur Entwicklung der Qunatenphysik und der Entdeckung der starken und schwachen Wechselwirkung. Das heißt aber nicht, dass die Gesetzmäßigkeiten in der "alten Welt" ihre Gültigkeit verlieren, nur weil sie in der neuen nicht anwendbar sind. Speziell was den 2. HS betrifft: Es gab nicht ein einziges wiederholbares(!) Experiment, relevant oder nicht, dass in unserer makroskopischen Welt mit dem 2. HS im Widerspruch steht. Es ist schlicht unwissenschaftlich, erkannte Gesetzmäßigkeiten ohne Grund(!) gleich wieder in Frage zu stellen, nach dem Motto "Alles wird sowieso irgendwann widerlegt". Dann könnte man Wissenschaft nämlich ganz lassen. Und deshalb arbeiten Wissenschaftler auch nicht so.
"Die aktuelle Ausgabe ist der während der Regierungszeit von Chufu erschienene Gizehfolio." Haben da nicht Dr. Merkel und J. R. Thumann einen gemeinsamen Gastbeitrag geschrieben ? Ich habe das Exemplar eben frisch aus meinem Drucker gezogen, da die Farbe noch tropft, konnte ich leider noch nicht genauer nachlesen ...
@Detlev T. >Wandert Gas von unten nach oben gewinnt es potentielle Energie durch das >Schwerefeld, verliert aber auch Energie, da durch den geringeren Druck >Expansionsarbeit geleistet worden ist. Beide Beiträge sind exakt gleich, >ein "Rückgriff" auf die gespeicherte Wärmeenergie und damit eine >Temperaturveränderung findet nicht statt. Daher ist beim stabilen >Gleichgewichtszustand die Temperatur oben und unten gleich. Bei der Expansion kühlt sich Gas doch eigentlich ab. Müsste das den Effekt nicht verstärken?
jens wrote: > Bei der Expansion kühlt sich Gas doch eigentlich ab. Müsste das den > Effekt nicht verstärken? Bei welcher Expansion? (Unter welchen Nebenbedingungen?) Das, was du wahrscheinlich meinst, gilt nur für Gase mit untereinander wechselwirkenden Molekülen. Das ist in der Beschreibung der "Gravitationsmaschine" aber nicht Voraussetzung. (Würde man die Wechselwirkung mit einbeziehen, wird die Rechnung komplizierter, das Ergebnis bliebe aber das gleiche) Der Punkt ist, dass die potentielle Energie, die ein Molekül auf dem Weg nach oben gewinnt, halt nicht aus der gespeicherten Wärme stammt und daher an der Temperatur nichts ändert.
@Detlev T.
mit Expansion meine ich eigentlich nur die Aussage das
>durch den geringeren Druck Expansionsarbeit geleistet worden ist
Ich denke genau wie du das die Moleküle auf dem Weg nach oben
potentielle Energie gewinnen und dabei kinetische Energie verlieren. Sie
werden also langsamer. Wenn das nicht so währe würden die Atmosphäre in
das Weltall entweichen. Eine langsameres Gasteilchen hat nun aber mal
eine kleinere Temperatur als ein schnelles. Es gibt auch technisch
Anwendungen wo dieser Effekt genutzt wird. In einer Atomuhr werden
Cäsiumatom mit extrem niedriger Temperatur gebraucht. Jerrold Zacharias
hat sich deshalb die Cäsium-Fontänen ausgedacht. „Wie ihr Name schon
sagt, arbeiten sie wie ein Springbrunnen, allerdings nicht mit Wasser,
sondern mit Cäsiumatomen. Die Fontäne wirft sie nach oben, dort kehren
sie am Scheitelpunkt um und fallen unter dem Einfluss der Schwerkraft
wieder zurück zum Boden“.
@jens: Du hast mich missverstanden. Durch die Schwerkraft wird gerade keine Veränderung der Temperatur induziert, wie es die Idee der Gravitationsmaschine beinhaltet.
@Detlev T. aber zwei Punkten musst du doch zustimmen oder? 1. Gasmoleküle werden im Gravitationsfeld auf dem Weg nach oben langsamer 2. langsame Gasmoleküle sind kälter
jens wrote: > @Detlev T. > aber zwei Punkten musst du doch zustimmen oder? > 1. Gasmoleküle werden im Gravitationsfeld auf dem Weg nach oben > langsamer > 2. langsame Gasmoleküle sind kälter Dem stimme ich nicht zu. Du machst den gleichen Denkfehler wie autoexec und derjenige, der das Patent eingereicht hat. Wenn du das totale Differential der Gibbschen Energie für Gas im Schwerefeld aufstellst und für die Ableitung des Druckes nach der Höhe die Formel nimmst, die sich aus der barometrischen Höhengleichung ergibt, wirst du sehen, dass die Ableitung der Temperatur nach der Höhe im Gleichgewicht null ist, die Temperatur also überall gleich ist. Es ergibt sich keine durch die Schwerkraft induzierte Abkühlung des oberen Bereiches! Hier auf der Erde ist die Luft unten wärmer als oben. Das kommt aber nicht durch die Schwerkraft, sondern durch die Sonneneinstrahlung, die vor allem den Boden erwärmt. Das System ist also nicht im Gleichgewicht.
@Detlev T. Es gibt zwei Probleme bei dieser Berechnung. Zur Vereinfachung ist bei der Barometrischen Höhenformel meist eine mittlere konstante Temperatur für alle Höhen vorausgesetzt. Dann ist es natürlich die Ableitung immer Null. Wenn hingegen ein Temperaturgradient vorgegeben wird braucht er nicht umständlich nochmal berechnet werden. Das zweite Problem ist das bei sehr geringer Dichte die mittlere freie Weglänge so groß ist das die Gasgleichungen kaum noch gelten. Aber eigentlich wird damit die Berechnung wesentlich vereinfacht weil sich die Gasmoleküle unabhängig voneinander auf ballistischen Bahnen bewegen. Als Temperaturunterschied bekomme ich dann: T=2/3*m*g*h/k Bei Xenon als Gas ergibt das etwa 0.1K/m.
Hmm, was man rausbekommt ist was man reinsteckt. Wenn Du da irgendwelche Gradienten angibst bekommst Du sie auch raus, nur hast Du damit nix bewiesen. Wann werdet ihr Joeys endlich checken dass es kein kostenloses Mittagessen gibt!
@Jens,Timbo Der Vorteil der Thermodynamik ist, dass man Aussagen machen kann ohne all zu viel Detailwissen einbringen zu müssen (z.B. Wechselwirkungsprozesse der Moleküle untereinander). Der Nachteil ist, dass man dann meist nur angeben kann, wie der Gleichgewichtszustand ist, nicht wie man dynamisch da hin kommt. Wenn wir von einer abgeschlossenen Röhre mit dem konstanten Volumen V (und einer konstanten Höhe H) mit einer konstanten Gasmenge ausgehen, ist der Zustand bei dem die Temperatur überall konstant ist und der Druckverlauf der barometrischen Höhenformel folgt, der stabile Gleichgewichtszustand. Ein Satz der Thermodynamik ist, dass am Ende, wann auch immer das sein wird, alle Systeme einen solchen Gleichgewichtszustand einnehmen. Es genügt also zu zeigen, dass dies der Gleichgewichtszustand ist, über die Anfangsbedingungen muss man nichts wissen! Das ist der methodische Vorteil der Thermodynamik. @Jens Und die thermodynamischen Gleichungen verlieren nicht auch nicht ihre Gültigkeit, wenn das Gas sehr dünn wird, da die Theorie des idealen Gases ohnehin von Atomen ausgeht, deren Wechselwirkung beliebig gering ist, die Atome also die Anwesenheit der anderen ohnehin nicht spüren. Bei deiner Küchenphysik-Formel hast du den Term mit dem Druckgefälle weggelassen. Wenn du diesen Fehler auch bei der Aufstellung des totale Differentials machst, erhältst du dort ebenfalls das (falsche) Ergebnis, dass sich im Gleichgewicht sich solches Temperaturgefälle einstellen und das Gas oben kälter als unten sein muss. Die mittlere Dichte des Gases ist da unerheblich.
@Detlev T. Bei dieser wirklich sehr einfachen Formel habe ich nur vorausgesetzt das bei der Zunahme der potentiellen Energie eines Teilchens die kinetisch Energie um den selben Betrag abnehmen muss. Also Wkin=1/2*m*v²=3/2*kT hat den selben Betrag wie Wpot=m*g*h. Einfacher geht es wirklich nicht und hier darf auf gar keinen Fall noch ein noch ein Term für das Druckgefälle eingebaut werden. Wenn du sagst das Teilchen im Gravitationsfeld auf dem Weg nach oben nicht langsamer werden verstößt das gegen den ersten Hauptsatz.
@Jens Ich gebe auf. Wenn du meinst, die physikalischen Erkenntnisse der letzten Jahrhunderte nicht beachten zu müssen, dann kann ich da auch nichts machen. Vielleicht solltest du erst einmal in Erfahrung bringen, was "Temperatur" im physikalischen Sinn eigentlich ist. Das ist nicht so simpel, wie du es dir vorstellst.
@Jens Nachtrag: Überlege dir einmal, woher du die Idee "Geschwindigkeit = Temperatur" hast. Das stammt wahrscheinlich aus der Beschreibung eines physikalischen Systems OHNE Schwerkraft. Bist du wirklich sicher, dass du das so einfach für ein System MIT Schwerkraft übernehmen kannst?
Ja, höhere Teilchengeschwindigkeit = höhere Temperatur (siehe Brown'sche Teilchenbewegung). Das stimmt wirklich.
@Detlev T. Ich glaube du hast mich missverstanden. Es sollen ja gerade alle physikalischen Erkenntnisse beachtet werden, sonst würde ich hier gar nicht schreiben. Das Problem was ich aber sehe ist das der zweite Hauptsatz aussagt das es unmöglich ist das sich von selbst ein Temperaturunterschied bilden kann, was bedeutet das die mittlere kinetische Energie der Teilchen überall gleich ist. Wenn ich schaue was Temperatur im physikalischem Sinn eigentlich eigentlich ist finde ich den nullten Hauptsatz und z.B. solche Aussagen wie „Die absolute Temperatur eines Gases ist der kinetischen Energie und somit dem Quadrat der Geschwindigkeit der Gasmoleküle proportional“ und dann eigentlich überall Wkin=1/2*m*v²=3/2*kT. Die kinetische Energie der Teilchen muss deshalb unabhängig von der Höhe gleich sein. Der erste Hauptsatz sagt dann „Wenn eine Energiemenge irgendeiner Art bei einem Vorgang verschwindet, so entsteht eine eine an Größe gleiche Menge einer anderen Energieart“. Bei Höhenänderung eines Teilchens ändert sich die potentielle Energie. Der erste Hauptsatz verlangt jetzt eine Änderung der kinetischen Energie, was der zweite Hauptsatz aber verbietet. Was ist jetzt richtig?
Man ihr Checker gebt doch endlich Ruhe. Entweder es geht nicht, wie die Physik vorraussagt oder ihr habt die einmalige Chance steinreich zu werden!Macht doch einfach. Überzeugt die Welt durch ein Experiment! Es gibt weißgott genug Idioten auf der Welt die es nicht lassen können über PP zu diskutieren. Es gibt keins. Seht es ein oder baut eins! Aber hört doch auf hier diesen Blödsinn zu schreiben!
jens wrote:
> Was ist jetzt richtig?
Diese Formel jedenfalls nicht: Wkin=1/2*m*v²=3/2*kT
Fällt dir eigentlich nicht auf, dass du ein Ergebnis der statistischen
Phasik verwenden willst (Zusammenhang zwischen Temperatur und dem
statistischen Mittel(!) des Quadrates der Geschwindigkeit von Teilchen
ohne innere Freiheitsgrade und ohne externe Felder), ein anderes
Ergebnis dieser Theorie, nämlich die Gültigkeit des 2. Hauptsatzes, aber
ablehnst?
Wenn du davon ausgehst, dass der 2.HS nicht gilt, dann muss doch aus
deiner Sicht die gesamte Theorie falsch sein und dann musst du doch alle
Ergebnisse in Frage stellen und nicht nur einen Teil. Wie willst du
dieses Paradoxon überwinden?
=> Jens: Ja genau. Die kin. Energie der Teilchen wird in potentielle Energie verwandelt. Wenn du nun z.B. die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen im obersten Meter der Höhre mit der im untersten Meter vergleichst (nur als Bsp.), wird sie oben geringer sein. Da die Temperatur von der mittleren Geschwindigkeit abhängt, ist die Röhre oben kälter als unten.
"Es gibt weißgott genug Idioten auf der Welt die es nicht lassen können über PP zu diskutieren. Es gibt keins. Seht es ein oder baut eins! Aber hört doch auf hier diesen Blödsinn zu schreiben!" Mehr braucht's nicht ...
Die Formel ist z.B. hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Zustandsgleichung_idealer_Gase#Herleitung_aus_der_kinetischen_Gastheorie Du hast Recht das dabei externe Felder vernachlässigt werden. Wenn sie berücksichtigt werden darf aber kein Widerspruch zwischen den Hauptsätzen auftreten. Nur deswegen denke ich das mit dem zweiten Hauptsatz irgendwas nicht stimmt.
@jens Eine Rechnung mit Schwerefeld findet sich hier (Beispiel 24): http://www.unet.univie.ac.at/~a0057324/skripten/T4/T4UE.pdf Ich denke, der Denkfehler, den du und autoexec machen, liegt in der Gleichsetzung von tatsächlicher und mittler Geschwindigkeit und der Vermischung von mikroskopischen (Geschwindigkeit eines einzelnen Atoms) mit makroskopischen (Temperatur). Als hätte in einem Gas jedes Atom eine individuelle Temperatur. Ihr seit sicher intelligent, aber das allein reicht halt nicht. Bevor ihr die physikalischen Modelle widerlegen könntet, müsstet ihr sie erst einmal verstehen. Und daran fehlt es. Wie will man jemandem beweisen, dass in einem Buch ein bestimmter Satz steht, wenn dieser gar nicht lesen kann?
=> Physik-verweigernder: Es geht hier nicht um ein Perpetuum mobile, das Energie aus dem Nichts erzeugt, sondern um eine Maschine, die die Umgebung abkühlt und daraus (elektrische) Energie erzeugt. Das widerspricht nicht dem Energieerhaltungssatz. => Detlev T: Oben in der Röhre ist auch die mittlere Geschwindigkeit und damit die Temperatur geringer. Das wurde tatsächlich mehrfach experimentell belegt.
autoexec wrote: > => Detlev T: > Oben in der Röhre ist auch die mittlere Geschwindigkeit und damit die > Temperatur geringer. Das wurde tatsächlich mehrfach experimentell > belegt. Drücke dich bitte ein bisschen klarer aus. Wenn ich eine Röhre habe, in dem das Gas oben kälter ist als unten, dann ist dort die mittlere Geschwindigkeit der Atome sicher kleiner. Das System ist aber nicht im thermodynamischen Gleichgewicht. Die eigentliche Frage ist jedoch: Ist im thermodynamischen Gleichgewicht die Temperatur oben geringer als unten? Stellt sich also in einem solchen System, wenn man nur lange genug wartet, eine solche Temperaturdifferenz ein, die man dann z.B. mit einer Wärmekraftmaschine in Strom umwandeln kann? Oder ist es nicht vielmehr so, dass mit der Zeit ein anfänglicher Temperaturunterschied immer kleiner wird, wie es der 2.HS vorgibt. So lange niemand mir ein solches System zeigt und ich es überprüft habe, verneine ich die Möglichkeit ihrer Existenz.
Ja, es stellt sich unter dem Einfluss der Schwerkraft eine Temperaturdifferenz ein. Ob es eine solche Röhre aber irgendwo zur Besichtigung oder so gibt weiß ich nicht.
@autoexec: Wie willst du die bisherigen Erkenntnisse der Physik widerlegen, wenn du nicht einmal ein entsprechendes, wiederholbares Experiment in der realen Welt vorweisen kannst? Schwach, sehr schwach!
=> Detlev T. : leider habe ich nicht die finanziellen Mittel für solchen Experimente, sonst würde ich es testen. Aber kannst du in der Theorie irgendeinen Fehler finden (außer dass sie dem 2. HS der Thermodynamik widerspricht)?
Wenn man ein einzelnes Teilchen betrachtet die die Temperatur wirklich ausschließlich von der Geschwindigkeit abhängig. Man redet dann auch nicht mehr von Teilchengeschwindigkeiten (zB. Sonnenwind), sondern nur noch von Teilchentemperaturen. Die ganzen Thermodynamischen Gleichungen basieren aber rein auf Statistik, im Detail kann man die schon mal "verletzen" weil sie im Detail nicht gelten. Bei dem Experiment hier würd ich übrigens nicht von mW sondern eher von nW ausgehen. Ein Problem ist auch, dass, je länger das Rohr wird, desto geringer der Druck und desto weniger theoretisch erzielbare Leistung (nicht nur wegen der Volumenänderung sondern wegen dem mittleren Abstand zwischen Kollisionen).
"=> Physik-verweigernder: Es geht hier nicht um ein Perpetuum mobile, das Energie aus dem Nichts erzeugt, sondern um eine Maschine, die die Umgebung abkühlt und daraus (elektrische) Energie erzeugt. Das widerspricht nicht dem Energieerhaltungssatz." Wohl war. Alle Wärmekraftmaschinen arbeiten auf diese Art und Weise. Dabei entsteht gemäss Carnot immer ein gewisser Anteil an Abwärme, der sich immerhin z.B. bei der Kraft-Wärme-Kopplung auch noch mit ausnutzen lässt. Grundsätzlich bleibt es offenbar ausgeschlossen, die aufgebrachte Wärmeenergie komplett in mechanische bzw. elektrische Energie umzuwandeln. Der 2. Hauptsatz, der besagt, dass die hier relevanten Energieumwandlungen Wärmeenergie -> mechanische Energie nunmal leider nicht zu 100% umkehrbar sind, bleibt davon unberührt ( qed. ). Gruss
@I_H: Formal kann man auch mit einem Teilchen Statistik betreiben und solche Dinge wie Temperatur und Druck berechnen. Wie sinnvoll das ist, ist eine andere Frage. Wie groß die Leistung wäre, ist irrelevant. Auch ein Perpetuum Mobile, dass nur Picowatt leisten kann, würde den 2.HS widerlegen. @autoexec: Wenn man sich aus verschiedenen Ecken irgendwelche Formeln zusammenklaubt, deren Herleitung man nicht versteht, und die deshalb nicht zusammen passen, ist das keine Theorie. Ich habe leider kein Beispiel gefunden, wo das wirklich von A bis Z durchgerechnet wurde. Selbst gerechnet habe ich zumindest, dass ein ideales Gas in einer Röhre, dass überall dieselbe Temperatur hat und dessen Druckverlauf der barometrischen Höhenformel folgt, im thermodynamischen Gleichgewicht ist. "Im thermodynamischen Gleichgewicht" heißt, dass sich dann makroskopisch (Druck, Temperatur) von selbst nichts mehr ändert, insbesondere sich eine von dir angenommene Temperaturdifferenz halt nicht aufbaut. Das ist, was aus den Physik folgt. Eine Rechnung zu einem scheinbaren Perpetuum Mobile 2. Art für ein Gas in einer Röhre im Schwerefeld findet sich in "Theorie der Wärme" von Becker, S. 90 in der 3. Auflage.Das war noch am nächsten dran. Vielleicht ist es dennoch interessant. Die Maschine arbeitet so: Gas wird oben aus der Röhre entnommen, Fährt in einem Fahrstuhl nach unten, leistet dabei Arbeit und wird dann unten wieder der Röhre zugeführt. Nun ist unten zuviel Gas, das muss ausgegleichen werden. Ein Teil der Teilchen wandert nach oben, gewinnt potentielle Energie, "verbraucht" dazu kinetische Energie und kühlt sich dadurch ab. Wenn man das immer und immer wieder macht, kühlt sich das Gas in der Röhre mehr und mehr ab und die Wärmeenergie wird dabei vollständig in mechanische Arbeit umgesetzt. Ein klarer Verstoß gegen den 2.HS. Gute Nachricht für die Physik: In der Betrachtung ist, wie immer in solchen Fällen, ein schwerwiegender Fehler, eine solche Maschine könnte nie funktionieren.
hier ein interessanter Link: www.wias-berlin.de/publications/preprints/330/wias_preprints_330.pdf
@jens: Sehr gut!!! Auf Seite 25ff ist das wirklich durchgerechnet und es ergibt sich dT/dz = 0 im thermodynamischen Gleichgewicht, das heißt, gibt es tatsächlich keine Temperaturdifferenz. Damit ist das ja wohl jetzt wirklich geklärt und der 2.HS wieder einmal gerettet.
@Detlev T. Das Problem war das ich wie du gesagt hast nur ein Atom betrachtet habe. Wegen der Maxwell-Boltzmann Verteilung gibt es aber auch sehr langsame Atome die den oberen Bereich der Röhre gar nicht mehr erreichen und dann fallen diese 'kältesten' Atome aus der statistischen Betrachtung im oberen Bereich der Röhre raus. Wieder was gelernt!
Wär doch interessant dazu mal eine Simulation zu schreiben. Vollelastische Stoßvorgänge lassen sich sehr leicht simulieren, und Gravitation auch. Temperatur kann man ermitteln, indem man das Gefäß in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt und einfach den Schnitt der enthaltenen kin. Energie hernimmt. Die nötige Rechenleistung für 100..1000 Teile ist heut kein Problem.
Ne, aber das wird den 2. HS auch nicht wiederlegen, und wenn doch, ist Dein Modell Müll.
Darum geht's doch auch garnet. Imho bekommt man so ein viel besseres Verständnis der Sachen, und erst wenn man wirklich verstanden hat, kann man damit richtig arbeiten.
I_ H. wrote: > Darum geht's doch auch garnet. Imho bekommt man so ein viel besseres > Verständnis der Sachen, und erst wenn man wirklich verstanden hat, kann > man damit richtig arbeiten. Ich will dich nicht davon abhalten, so etwas zu programmieren. Wem aber dabei das physikalische Verständnis fehlt, der wird einer Simulation auch nicht mehr "glauben" als den Formeln. Zudem heißt Wissenschaft, vom Einzelfall, auch einer einzelnen Simulation, zu abstrahieren. Das ist hier nicht gegeben. Das thermodynamische Gleichgewicht wird zudem theoretisch ja erst nach unendlich langer (Rechen-) Zeit erreicht. Selbst wenn die Umsetzung einer solchen Simulation physikalisch korrekt wäre, könnte es einen Skeptiker doch nie überzeugen, er würde immer ein Haar in dieser Suppe finden. Und sei es, dass er behauptet, Schwankungen innerhalb der Simulation könnte man ja als Quelle für Wärmekraftmaschinen verwenden, selbst wenn diese Schwankungen nur durch die endliche Teilchenzahl, endliche Schritte bei der Zeitentwicklung oder schlicht Rechenungenauigkeiten verursacht werden.
=> I_ H. Das mit der Simulation kann man sich eigentlich sparen. Stell dir einfach vor, in der Röhre ist nur ein einziges Molekül, was immer wieder elastisch auf die Wände stößt. Dann musst du mir doch zustimmen, dass dieses Molekül durch die Gravitation oben in der Röhre langsamer ist als unten, oder? Und der entscheidende Punkt ist, dass die mittlere freie Weglänge, die ein Molekül zurücklegt, bevor es auf ein anderes stößt, größer ist als die Höhe der Röhre. Sonst stoßen sich die Teilchen größtenteils gegenseitig und das Prinzip funktioniert nicht mehr. Deshalb ist (zumindest bei der irdischen Schwerkraft) ein extrem niedriger Gasdruck nötig. Und der Energietransport ist entsprechend minimal.
Heureka! Ich habe ein Perpetuum Mobile entdeckt! Es heißt autoexec, läuft und läuft und läuft und widerspricht (verbal) dabei dem 2.HS! @autoexec: In der Quelle, die Sven genialerweise gefunden hat, hat Maxwell ja das Ganze an Hand eines idealen Gases berechnet und (nach Korrektur seines Rechenfehlers) herausgefunden, dass sich eben keine Temperaturdifferenz einstellt. Ein ideales Gas ist dadurch definiert, dass die Wechselwirkung zwischen den Teilchen zwar irgendwie vorhanden, aber beliebig klein sein kann. Insbesondere ist in diesem Fall die mittlere freie Weglänge der Atome beliebig groß. Auf den Druck kommt es daher überhaupt nicht an, insbesondere ändert sich am Ergebnis nichts, wenn ich ihn reduziere. SIEH ES ENDLICH EIN! (Ich bitte die anderen um Entschuldigung, dass ich hier laut geworden bin.)
Die Frage ist eher, wie sich das verhält wenn andere Teilchen dabei sind. Wenn ihr die Statistik herleiten könnt aus der sich dann der Temperaturverlauf ergibt ist das ok - ich könnte es jetzt aus'm Stehgreif nicht. Es gibt viele witzige Sachen die man besser versteht wenn man selber mal ein kleines Prog geschrieben hat, das nur die gegebenen Regeln umsetzt und dann merkwürdige Effekte produziert. Zb. die Lagrange-Punkte: http://de.wikipedia.org/wiki/Lagrange-Punkt Das der 2. HS der Thermodynamik nicht bewiesen ist, hab ich im anderen Thread schon geschrieben.
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