Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

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Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, die Unmöglichkeit eine Wärmemenge vollständig in mechanische Arbeit umsetzen, gleichbedeutend, dass Wärme immer von der höheren zur niedrigeren Temperatur übergeht.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik verbietet nicht, dass eine Wärmemenge zwischen zwei Teilen des beobachteten Systems so fließt, dass der wärmere Teil wärmer und der kältere Teil kälter wird; ebensowenig die vollständige Umwandlung von Wärme in Arbeit. Die jeweils umgekehrten Prozesse sind möglich und werden auch beobachtet und der erste Hauptsatz kennt keine bevorzugte Zeitrichtung.

Die Beobachtung, dass solche Prozesse nicht stattfinden, dass es eine bevorzugte Zeitrichtung, den thermodynamischen Zeitpfeil, gibt, führte dazu, den zweiten Hauptsatz zum Axiom der klassischen Thermodynamik zu wählen.

Es gibt viele äquivalente Formulierungen, so die qualitativen Formulierungen von Kelvin Es ist unmöglich, einem Wärmereservoir ohne Kompensation Wärme zu entziehen und diese Wärme vollständig in Arbeit umzusetzen und Rudolf Clausius Wärme kann nie ohne Kompensation von einer niedrigeren auf eine höhere Temperatur übergehen.

Quantitativ lässt er sich über Carnot-Prozesse definieren: Alle reversible Kreisprozesse, die Wärme bei der Temperatur T₁ aufnehmen und bei T₂ abgeben haben den gleichen, nur von T₁ und T₂ abhängigen, Wirkungsgrad η. Die Temperaturskala lässt sich so wählen, dass gilt , dies definiert die thermodynamische Temperatur. Alle irreversiblen Kreisprozesse zwischen diesen Temperaturen haben einen niedrigeren Wirkungsgrad.

Unter Einführung der Entropie ergibt sich die verbreitete Formulierung: In abgeschlossenen Systemen nimmt die Entropie nie ab, bei reversiblen Prozessen bleibt sie demnach konstant.