Kann einer die Begriffe "Enthalpie" und "Entropie" anschaulich erklären? (Thermodynamik)?

Ich versuche die beiden Begriffe mal hier kurz zu beleuchten:

1) Enthalpie

Enthalpie wurde ja schon ein wenig erläutert hier. Ich setze an dieser Stelle mal ein wenig thermodynamisches Verständnis voraus, damit ich nicht jeden einzelnen Begriff hier definieren muss.

Gut fangen wir einmal am Anfang an - Enthalpie heißt so viel wie Wärmeenergie oder Wärmegehalt eines Systems. Darunter versteht man auf Anhieb erstmal nicht viel. Daher gehe ich noch einen Schritt zurück zum ersten Hauptsatz - dieser ist ja für offene und geschlossene Systeme definiert. Für geschlossene Systeme (also Systeme, bei denen KEINEN Materieaustausch mit der Umgebung erfolgt, wohl aber ein Energieaustausch möglich ist) ist dort die kennzeichnende Größe die innere Energie U. Diese beschreibt ein Gesamtenergievermögen eines Systems, also wie viel Energie letzten Endes in deinem System vorhanden ist (von mir aus wie viel Energie steckt in einem Liter Wasser bei ϑ = 20°C).

Die innere Energie sollte dir aber wohl bekannt sein, daher lasse ich den Begriff jetzt so. Uns interessiert vielmehr der erste Hauptsatz für offene Systeme, also mit Materieaustausch. Das heißt, dass du in deiner "imaginären" Systemgrenze einen Stoffstrom hast, der diese Grenze überschneidet (das könnte beispielsweise eine Zuleitung zu einem Kessel sein). Gut, nun schauen wir uns die differentielle Schreibweise an:

dH = dU + dW,technisch

dW,technisch ist hier die technische Arbeit, oder Wellenarbeit dW,t = V*dp (zum Beispiel ein Rührstab in einem isochoren System)

Wir erkennen also, dass die Enthalpie sich aus der inneren Energie zusammensetzt (als "Basisenergieinhalt" des Systems), sowie einem Anteil an technischer Arbeit. Diese technische Arbeit ist also noch ein zusätzliches Energievermögen, das zu der inneren Energie hinzu gerechnet die Enthalpie ergibt. Der Vorteil an der Enthalpie ist, dass man mit ihr Bilanzrechnugnen vornehmen kann - du kannst also den Energieerhaltungssatz mit ihr verbinden (also den ersten Hauptsatz). Das heißt du hast beispielsweise ein System, bei dem ein Stoffstrom zugeführt wird (nennen wir Enthalpie vor Systemeintritt H1) im System gibt dieser Energiestrom eine bestimmte Temperatur ϑ ab und der Energiestrom verlässt das System mit einer Enthalpie H2. Nun kannst du eine Bilanz durch das ganze ziehen. Und zwar jetzt einfach mal wiefolgt:

Die Enthalpie vor dem System minus der Enthalpie nach dem System muss ja genau der abgegebenen Energie entsprechen.

Alternativ zur Wärmeabgabe kannst du aber auch eine Turbine damit betreiben und gibst somit technische Arbeit ab, aber das Prinzip ist das selbe.

2) Entropie

Für mich der schwierigste Begriff der Thermodynamik und dort versuchen sich viele an einer Definition. Mein Professor hat bei der Einführung des Begriffes gesagt, dass man sich am besten gar nichts darunter vorstellen soll und diese Größe einfach als eine Zustandsgröße hinnehmen soll.

Ich halte von sowas nichts, also versuche ich eine möglichst allgemein gültige Definition für die Entropie zu geben, ohne groß auf die Definitionsgleichung (dS = (dQ,reversibel + dW,dissipativ) / T)

Ich definiere Entropie über verschiedene Ansätze:

a)+b) ist die Clausius'sche Aussage & die Kelvin'sche Aussage (die liest du am besten noch einmal in einem Buch o.ä. nach, sonst wird der Text hier zu lang.

Am wichtigsten ist aber die Erkenntnis, dass Wärme niemals von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen kann!!!

c) das ist meine "Aussage":

Wie du weißt, gibt es in der Thermodynamik reversible und irreversible Prozesse. Ein reversibler Prozess ist ein Prozess, der OHNE BLEIBENDE ÄNDERUNG AN DIE UMGEBUNG umkehrbar ist. Ein irreversibler Prozess ist nicht umkehrbar. Reversible Prozesse sind aber rein theoretische Prozesse, die in der Realität NIRGENDS vorzufinden sind. Jetzt sind aber viele Prozesse, gerade Kreisprozesse (also Prozesse, die sich stets wiederholen) zunächst auf den Idealfall ausgerechnet, also für den Fall, dass keinerlei Verluste vorliegen. Im Realfall, also im irreversiblen Prozess, fällt aber IMMER ein Verlust an - ob es Abwärme, Leckagen, etc. ist. Und jetzt kommt die Entropie ins Spiel. Die Entropie ist nämlich für jeden reversiblen Prozess = 0 und wächst mit dem Maß der Irreversibilität an. Das heißt, die Entropie gibt dir quasi an, wie sehr ein Realprozess sich vom Idealprozess unterscheidet. Je geringer die Entropie eines Prozesses ist, desto besser, denn Entropie ist stets mit Energieverlusten verbunden. Daher werden auch viele Wirkungsgrade, also das Verhältnis von Realprozess zu Idealprozess mittels der Entropie ermittelt.

Gut, sehr viel Text, aber ich hoffe, dass dies für das erste Verständnis reicht. Ansonsten ergänze deine Frage noch einmal, oder kontaktier mich.

EDIT: musste leider viel kürzen, weils zu lang war - hoffe, dass es trotzdem genügt.

Ich möchte etwas mehr zu dem Thema Enthalpie einzuführen, obwohl schon gute Antworten zu dem Thema vorliegen. In unserem Planeten leben wir unter dem Atmosphärischen Druck, dass heisst, alle Vorgänge passieren unter Druck. Wenn irgendeine chemische Reaktion verläuft, wird unter Druck verlaufen. Soll ein Gas als Produkt einer Reaktion entstehen, wird das Gas unter Druck entstanden. Und es muss die Luft vertreiben, das heisst, Arbeit wird gebraucht um die Luft zu vertreiben. Als Konsequenz verliert das Gas Teil von seiner inneren Energie. Ursprünglich hätte das Gas seine innere Energie U1. Nachdem es entstanden ist, enthält weniger Energie, U2, und die Differenz beträgt die Arbeit verbraucht W = p.dV um die Luft zu vertreiben. Und das heisst : U1 = U2 + p.dV. Die Summe U2 + p.dV wird gennant Entalphie "H", in dem Fall "H2", dass heisst, Entalphie ist die gesammte Energie in diesem Beispiel für das entstandene Gas. Das gilt natürlich auch für das feste Material aber es ist im Grunde genommen winzig im Vergleich zu dem Gas. So, anstelle zu bezeichnen INNERE ENERGIE plus die ARBEIT, sagt man kurz ENTALPHIE. Auf die Oberfläche der Erde die Energie von einem Gas beträgt seine Entalpie. Soll das Gas erhitzt werden, bekommt er die Hitze "Q" und seine Energie verändert sich von U2 + p.dV zu U3 + p.dV, das heisst : H2 + Q = H3. Soll noch einmal erhitzt werdem, mit der Hitze Q, die neue Energie beträgt : H3 + Q = H4. Das Symbol "H" für Entalphie steht für "Hitzte", aber hier versteckt sich das Konzept von Arbeit.

Wenn es sich um eine chemische Reaktion geht, wobei Hitze absorbiert wird, spricht man von : H + Q. Wird Hizte abgegeben, spricht man von H - Q. Nicht vergessen, dass alles unter dem atmosphärischen Druck der Erde verläuft. Natürlich muss man betrachten, dass eine Reaktion ist die Transformation von Reagenzien auf Produkten, dass heisst, die Summe der gesammten Energie am Anfang soll entsprechen der Summe der Energie der Produkten am Ende der Reaktion, oder : H1 + H2 + ... = H4 + H5 + ... plus oder minus Q, es hängt davon ab, ob Energie wird frei gewesen oder absorbiert. Die (delta)H einer chemischen Reaktion entspricht der Differenz zwischen die Summe der Entalphie der Produkten minus die Summe der Entalphie der Reagenzien. Auf diese Weise der atmosphärische Druck wird betrachtet, ohne man sich Gedanken darüber machen müsste.

( meine Adresse : alcir.grohmann@yahoo.com.br)

stell dir die enthalpie H als wärmeenergie vor.

eine reaktion hat ein delta H. es sagt aus, ob wärme freigesetzt oder aufgenommen wird (exotherme oder endotherme reaktion).

stell dir die entropie S als maß der unordnung eines systems vor. sie nimmt zu, wenn die unordnung zunimmt. also wenn ein molekül in kleinere teile zerfällt oder wenn ein feststoff schmilzt oder eine flüssigkeit siedet.

beide größen sind in der gibbs-helmholtz-gleichung zusammengeführt:

delta G = delta H - T * delta S (T für temperatur)

sind alle größen bekannt, kannst du zum beispiel die freie standardreaktionsenthalpie delta G für eine reaktion bei standardbedingungen ausrechnen. ist sie negativ, so läuft eine reaktion freiwillig ab (kinetische hemmungen werden dabei nicht berücksichtigt !).

beispiel: die organischen verbindungen in deinem körper

wäre ihre reaktion rein thermodynamisch bestimmt und nicht auch kinetisch beeinflusst, würdest du jetzt auf der stelle verbrennen, weil so gut wie alle organischen substanzen ein negatives delta G haben (im bezug auf oxidation, die dann exergon ist). die thermodynamik beschreibt, wie alles im gleichgewicht aussähe, wenn es keine kinetischen hemmungen gäbe. in der realität musst du jedoch aktivierungsenergie zuführen, damit die bestandteile deines körpers reagieren können.

Das ist doch was für Turnbeutelvergesser.