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.
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.
@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?
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.
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
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?
@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 ...
@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.
@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.
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.