Warum fliesst die Wärme von warm nach kalt?
Hey:D
Warum fliesst die Wärme immer von warm nach kalt?
4 Antworten
Wärme ist im Grunde nichts Anderes als die Bewegung der Moleküle oder Atome in einem Gegenstand. Berühren sich ein warmer und ein kalter Gegenstand (z.B. zwei Metallblöcke) stoßen die Atome des warmen Blocks die Atome des kalten Blocks an und bringen diese in schnellere Bewegung. Dass die schnellen Atome dadurch langsamer werden dürfte klar sein. Das bedeutet, dass der kalte Gegenstand langsam wärmer wird und der wärmere langsam kälter, bis sich alle Atome etwa gleich schnell bewegen und somit die Blöcke gleich warm sind.
Die Ursache liegt in der Teilchennatur der Materie und in der Statistik. Wenn man untersucht, welche Möglichkeiten es gibt, die Energie eines Körpers auf seine Teilchen zu verteilen (Mikrozustände), dann stellt sich heraus, daß es sehr viel mehr Möglichkeiten gibt, die Energie ungefähr gleichmäßig zu verteilen als es Möglichkeiten gibt, sie in einem Bereich des Körpers zu konzentrieren.
Das bedeutet, daß Zustände mit verteilter Energie sehr viel wahrscheinlicher sind als Zustände mit örtlich konzentrierter Energie, wo es also warme und kalte Zonen gibt. (Nicht als Einzelzustände sind sie wahrscheinlicher, aber als Menge). Je gleichmäßiger die Energie in dem Körper verteilt ist, um so größer ist die Zahl der einzelnen Möglichkeiten dafür und um so wahrscheinlicher ist eine solche Energieverteilung.
Anders ausgedrückt: Es gibt sehr viel mehr Möglichkeiten, auf die ein Körper lauwarm sein kann als es Möglichkeiten gibt, auf die er an einem Ende heiß und am anderen Ende kalt sein kann.
Nun sind die Teilchen in ständiger Bewegung sind tauschen und Energie miteinander aus, d.h. es ändert sich fortwährend der Zustand der Energieverteilung. Die Folgezustände, die dann als nächste eintreten sind mit sehr viel größerer Wahrscheinlichkeit solche, in denen die Energie gleichmäßiger auf die Teilchen vetrteilt ist als solche, in denen die sie ungleichmäßiger verteilt ist.
"Sehr viel" mehr, größer und wahrscheinlicher bedeutet bei makroskopischen Stoffmengen (1 Mol hat 6 mal 10 hoch 23 Teilchen): Um derart viele Zehnerpotenzen mehr, größer, und wahrscheinlicher, daß man den anderen Fall mit gutem Gewissen als praktisch unmöglich betrachten und sagen kann: Daß die Wärme von warm nach kalt fließt, ist ein Naturgesetz.
Zum Nachlesen empfehle ich, auch wegen der guten Abbildungen:
- Berkeley Physik-Kurs 5: Statistische Physik, von Frederick Reif
Um genau zu sein gibt es in der physik kein "warm" oder "kalt". Wenn die Moleküle eines Stoffes mehr Energie haben führt es dazu, dass sich die Moleküle schnell bewegen und wird es wid "warm" empfunden.
Wenn neben einem stoff, dessen Moleküle viel Energie haben, sich ein Stoff mit Molekülen mit wenig Energie befinden, so stoßen sich die Energiereichen Moleküle gegem die Energiearmen und geben ein teil von ihrer wärmeenergie ab. Dann wird das "kalte" zum "warm"
Weil es ein natürliches Bestreben der Natur ist, alles auszugleichen (siehe 2. Hauptsatz der Thermodynamik).
Würde die Wärme von kalt nach warm fließen, würde der Temperaturunterschied ja noch größer und damit dem prinzipiellen Grundsatz des Asugleiches in der Natur widersprechen. Aus demselben Grund fließt Wasser auch nie nach oben.