Lebendige Physik

Physik im alltäglichen Leben

Viele Menschen schrecken vor physikalischen oder chemischen Erläuterungen oft zurück. Allerdings sind die Physik, Chemie und Biologie lediglich passable Hilfsmittel,  um gewöhnliche, ja ganz alltägliche Vorgänge möglichst vereinfacht zu beschreiben. Denn bei genauer Betrachtung sind selbst gewöhnliche reale Vorgänge tatsächlich von komplexer Natur. Die „Vereinfachungsmodelle“ der Physik, Chemie oder Biologie machen es möglich, komplexe Zusammenhänge uns Menschen einigermaßen verständlich und übersichtlich  nahe zu bringen. Erst im nächsten Schritt werden unter Zuhilfenahme dieser Gesetzmäßigkeiten, Rückschlüsse für neue Erkenntnisse gezogen. Dieser zweite Schritt ist allerdings meist die Aufgabe von Ingenieuren, um Produkte bzw. Lösungen zielgerichtet zu entwickeln, verbessern oder zu optimieren.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der ersten Hauptsatz der Physik – tatsächlich ist es der erste Hauptsatz der Thermodynamik – ist vielen Menschen meist geläufig: „In einem abgeschlossenen System bleibt die (innere) Energie konstant.“ Daraus ergibt sich, dass nur durch Zufuhr oder Abfuhr von Arbeit oder Wärme über die Grenzen eines Systems, das Nineau der inneren Energie geändert werden kann.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist jedoch kaum bekannt. Dieser besagt: „Die Umwandlung von Energie, z.B. Wärme in mechanische Energie oder potentielle Energie (Höhenenergie) in kinetische Energie (Geschwindigkeitsenergie) ist nicht beliebig möglich und mit Verlusten verbunden.“

Streben nach Unordnung

In unserem alltäglichen Leben zeigt sich der zweite Hauptsatz der Thermodynamik sehr viel anschaulicher als der erste Hauptsatz. Denn der zweite Hauptsatz besagt auch, dass ein System ohne Zufuhr von Arbeit den irreversiblen Zustand der Unordnung anstrebt. Angenommen du bist stolz, am Wochenende deine Wohnung fein säuberlich aufgeräumt zu haben. Eine Woche später bist du bereits enttäuscht, dass Vieles in deiner Wohnung bereits wieder in Unordnung geraten ist, ohne bewußt Unordnung geschaffen zu haben. Nur durch Aufbringen von Arbeit kannst du in deiner Wohnung wieder Ordnung schaffen. Nichts anderes besagt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.

Entropie – Verluste gibt’s immer

Zurück zur Physik – aus dem zweiten Haupsatz leitet sich der Begriff der Entropie ab. Demzufolge bleibt in einem geschlossenen System im bestmöglichen Fall die Entropie konstant, in der Regel jedoch nimmt die Entropie zu. Ebenso nimmt in der Regel die Unordnung zu und lediglich im besten Fall bleibt die Ordnung annähernd gleich. Dazu ein Beispiel – ein Behälter ist durch ein Membran in zwei Hälften getrennt. In der ersten Hälfte befindet sich Luft und in der zweiten Hälfte 100%iger Sauerstoff. Zieht man nun das Membran aus dem Behälter, wird bereits nach kurzer Zeit der 100%ige Sauerstoff nicht mehr getrennt verfügbar sein.  Der Sauerstoff hat sich mit der Luft ohne äußeres Zutun vermischt. Die Entropie ist zudem ein Maß für Reibungsverluste, die bei der Umsetzung von Arbeit entstehen. Reibungsverlust ist Wärme, die nicht weiter nutzbar ist. Diese Form der Wärme kann nicht wieder in Arbeit zurückgewandelt werden. Dies ist sicher auch dir geläufig beim Ordnung schaffen in der Wohnung. Es wird dir zwar warm aber an Höhe oder Geschwindigkeit hast du nichts gewonnen.

Dr. Harald Klein