Zusammenfassung
In Abschn.1.44 hatten wir den 2. Hauptsatz der Thermodynamik als Prinzip der Irreversibilität formuliert. Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel. Das heißt : Es gibt in der Natur keinen Prozeß, der sich in allen seinen Auswirkungen vollständig rückgängig machen läßt. Aus diesem allgemeinen Erfahrungssatz haben wir bisher Folgerungen nur für Einzelprobleme gezogen. Wir erkannten, daß bestimmte Prozesse und die damit verbundenen Energieumwandlungen nur in einer Richtung möglich sind. So konnte beispielsweise einem Fluid mit konstantem Volumen Energie als Wellenarbeit zugeführt, aber niemals entzogen werden, vgl. S. 47. Reversible Prozesse als idealisierte Grenz-fälle der natürlichen, irreversiblen Prozesse haben wir als besonders günstig für die Möglichkeit von Energieumwandlungen erkannt. Da reversible Prozesse mit quasistatischen Zustandsänderungen verbunden sind, lassen sich die Prozeßgrößen Arbeit und Wärme weitgehend aus der Zustandsänderung des Systems berechnen, was bei irreversiblen Prozessen nicht möglich ist.
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Referenzen
C. Carathéodory (Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik. Math. Ann. 67 (1909) S. 335–386) ging bei seiner Axiomatisierung der Thermodynamik von einer ähnlichen Formulierung des 2.Hauptsatzes aus: In jeder beliebigen Umgebung eines willkürlich vorgeschriebenen Anfangszustands gibt es Zustände, die durch adiabatische Zustandsänderungen nicht beliebig approximiert werden können. Diese Fassung des 2.Hauptsatzes sagt jedpch nichts darüber aus, welche Zustände adiabat erreichbar sind und welche nicht. Dies wurde von M. Planck (vgl. Fußnote 1 auf S. 32) kritisiert, der die von Carathéodory gegebene Form des 2. Hauptsatzes als unvollständig und den anderen Fassungen nicht gleichwertig erachtete.
Auf diesen wichtigen Zusammenhang gehen wir ausführlich in den Abschn. 3.21 und 3.22 ein.
Da wir im folgenden nur noch mit metrischen Entropien arbeiten, lassen wir das Adjektiv „metrisch” fort und sprechen einfach von der Entropie S im Gegensatz zur empirischen Entropie or.
Vgl. z.B. Eckert, E.: Einführung in den Wärme- und Stoffaustausch. 3.Aufl. S.7. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1966.
Vgl. hierzu: Baehr, H.D.: Über den thermodynamischen Begriff der Dissi-pationsenergie. Kältetechnik-Klimatisierung 23 (1971) S.38–42.
Vgl. hierzu: Energie und Exergie. Die Anwendung des Exergiebegriffs in der Energietechnik. Düsseldorf: VDI-Verlag 1965.
Dieses Wort zur Bezeichnung der unbeschränkt umwandelbaren Energie wurde 1953 von Z. Rant geprägt. Vgl. hierzu Forsch.-Ing.-Wes. 22 (1956) 36.
Schon W. Thomson (Lord Kelvin) formulierte 1851 den 2. Hauptsatz so, daß diese Umwandlung ausgeschlossen ist: „It is impossible, by means of inanimate material agency, to derive mechanical effect from any portion of matter by cooling it below the temperature of the coldest of the surrounding objects.” Noch deutlicher kommt das Verbot dieser Umwandlung in der Formulierung des 2. Hauptsatzes zum Ausdruck, die M. Planck benutzte (Vorles. über Thermodynamik, l.Aufl. S.80, Leipzig 1897): „Es ist unmöglich, eine periodisch funktionierende Maschine zu konstruieren, die weiter nichts bewirkt als Hebung einer Last und Abkühlung eines Wärmereservoirs.”
Wilhelm Ostwald (1853–1932) war Professor für physikalische Chemie in Leipzig. Er erhielt 1909 den Nobelpreis für Chemie als Anerkennung seiner Arbeiten über die Katalyse und über die chemischen Gleichgewichte und Reaktionsgeschwindigkeiten. Er befaßte sich auch eingehend mit Fragen der Naturphilosophie.
Die Bezeichnung Anergie wurde vorgeschlagen von Z. Rant: Die Thermodynamik von Heizprozessen. Strojniski vestnik 8 (1962) 1–2 (slowenisch) — Die Heiztechnik und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Gaswärme 12 (1963) 297–304.
Die Exergie der inneren Energie wurde bereits in Beispiel 3.8 als maximal gewinnbare Nutzarbeit berechnet. Wegen weiterer Einzelheiten sei verwiesen auf: Baehr, H. D. : Definition und Berechnung von Exergie und Anergic Brennst.-Wärme-Kraft 17 (1965) 1–6.
In ähnlicher Form hat N. S. Carnot 1824 erstmals den 2.Hauptsatz ausgesprochen: „La puissance motrice de la chaleur est independante des agents mis en oeuvre pour la réaliser: sa quantité est fixée uniquement par les temperatures des corps entre lesquels se fait, en dernier résultat, le transport du calorique.”
Hierbei bleibt das chemische Gleichgewicht mit der Umgebung unberücksichtigt, worauf wir in Abschn.8.4 eingehen.
Ein solches Energie-Flußbild hat erstmals der irische Ingenieur Captain Henry Riall Sankey 1898 veröffentlicht, vgl. The Engineer 86 (1898) 236.
Exergie-Anergie-Flußbilder wurden erstmals angegeben von Z. Eant: Ther-modynamische Bewertung der Verluste bei technischen Energieumwandlungen. Brennst.-Wärme-Kraft 16 (1964) 453–457.
Baehr, H. D. : Zur Definition exergetischer Wirkungsgrade. Brennst.-Wärme-Kraft 20 (1968) S. 197–200.
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Baehr, H.D. (1984). Der 2.Hauptsatz der Thermodynamik. In: Thermodynamik. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-10531-3_3
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