Fragen zur TDS: Dissipative Strukturen, Entropiebegriff, Versagen der klassischen Physik?

Hallo! Ich habe heute eine anspruchsvolle Konversation über die Theorie Dissipativer Strukturen geführt, nach der in mir einige Fragen aufgekommen sind, die ich mir nicht so recht beantworten kann. Schon als ich den Begriff „Dissipative Struktur“ (im Sinne der Wikipedia-Definition) in den Raum warf wurde ich der Ahnungslosigkeit beschuldigt, mit der Aussage:

„Eine dissipative Struktur ist ein Vorgang, an dem Reibung-Statistische Mechanik auftritt. Etwa eine Akkretionsscheibe um ein schwarzes Loch wird durch dissipative Vorgänge beschrieben. Wärme ist ein Vielteilchen Vorgang und deshalb ist Statistische Mechanik nötig.“

Ich denke diese Aussage ist nicht korrekt, aber warum?

Die Diskussion setzte sich fort und wir kamen schließlich auf den Entropiebegriff zu sprechen, den mein Gegenüber als Maß der Unordnung verstand und mich dafür belächelte Entropie als Maß für D Dissipationsfähigkeit zu verstehen.

Worin liegt das Problem, Entropie als Maß für Unordnung zu definieren, wenn man sich fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht bewegt?

Schließlich kamen wir auch darauf zu sprechen, dass die klassische Physik Vorgänge außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichtes (insbesondere Leben) nicht erklären kann. Doch vielmehr wurde es zu einer Aussage, die ich getroffen, aber nicht belegen konnte. Der Standpunkt meines Gegenübers:

„Die Physikalischen Gesetze müssen auch fernab des Thermodynamischen Gleichgewichts gelten, sonst ist es keine Physik. Kannst du mir ein konkretes Beispiel für ein Versagen nennen?“

Und so meine Frage:

Wieso kann mit der klassischen Physik weder Selbstorganisation, Leben oder Bewusstsein erklärt werden? – Wieso versagt die klassische Physik fernab des thermodynamischen Gleichgewichts?

Zuletzt behauptete mein Gegenüber noch, dass die Fortschritte der Thermodynamik eben nicht durch die systemische Betrachtungsweise, sondern durch „genaue Analyse der Bewegung der Beteiligten Partikel-Statistische Mechanik (z.B Diffusionsgleichung)“ hervorgerufen wurden.

Ist das korrekt?

Ich würde mich über eure Antworten freuen, insbesondere über eine Antwort vom hamburger02, bei dem ich diese Theorie aufgeschnappt und verständlich aufbereitet bekommen habe.

Liebe Grüße Max

Gehirn, Wissenschaft, Entropie, Forschung, Physik, Thermodynamik, Wärmelehre
Ungewöhnliche Frage ... Warum ziehen sich Plastikflaschen zusammen aber dehnen sich nicht wieder aus?

Rein aus Interesse stelle ich hier mal eine eher ungewöhnlichere Frage...

Da momentan Handwerker mein Badezimmer im ersten Stockwerk komplett entkernt haben stehe ich vor dem Problem beim Wasserlassen in der Nacht die Treppe nach unten zu gehen, dort zu pinkeln, wieder rauf ... und dann bin ich hell wach... Einzige Lösung war nun für mich kurzerhand eine in greifbarer Nähe liegende PET Flasche zu nehmen und... nunja, den Rest könnt ihr euch denken.

Ich habe darauf hin beobachtet, das sich die Flasche nach dem verschließen immer weiter zusammen zieht. Meines Wissens dehnt sich aber Luft die erwärmt wird (wie es in diesem Fall ja über Zeit hinweg durch die warme "Flüssigkeit" geschieht) eigentlich aus. Das geschah aber nie, auch nicht nach einigen Stunden Schlaf und einem Nachmittag voll Scham, eine offensichtlich nicht mit Wasser gefüllte Flasche durchs Haus zu tragen...

Und auch wenn es am abkühlen der "Flüssigkeit" liegen würde, die (anders wie von mir angenommen die Luft binnen Sekunden erhitzt) somit durch die Außentemperatur diesen Effekt erzielt, müsste sich die Flasche doch eigentlich nach dem abgekühlt sein und angleichen an die besagte Umgebungstemperatur doch wieder entspannen und aufblähen?

Meine Fragen sind nun:

  • Warum ist das so?
  • Liege ich mit meinen Annahmen komplett falsch?
  • Reicht die Temperatur von ~36-37°C schon aus ein Vakuum in der Flasche zu erzeugen wie in Einmachgläsern nach dem Befüllen mit siedendem Inhalt?
Wärme, Luft, Physik, Thermodynamik, Urin, Vakuum
Wie müsste ich einen Stromkreis gestallten, um Zinn zu schmelzen?

Joho!

Mir hat sich die Frage aufgetan, wie ich einen Stromkreis gestallten müsste, um Zinn nur durch die entstehende Wärme des Eigenwiderstandes zu schmelzen. Ich habe dabei mit folgenden Werten aus einer Formelsammlung gerabeitet:

  • 1cm³ Zinnwürfel
  • Dichte: 7,28g/cm³
  • spezifische Wärmekapazität: 0,23kJ/(kg*K)
  • Temperaturänderung bis zum Schmelzpunkt: 232°C - 20°C = 213K
  • spezifischer elektrischer Widerstand: 0,11Ohm*mm²/m

Meine Berechnungen:

  • Masse: 7,28g/cm³ * 1cm³ = 7,28g = 0,00728kg
  • Wärme: 0,00728kg * 0,23kJ/(kg*K) * 213K = 0,3566472kJ = 356,6472J
  • Widerstand: 0,11Ohm*mm²/m * 0,01m / 100mm² = 0,000011Ohm
  • Angenommen ich schließe eine 1,5V Batterie an: 1,5V / 0,000011Ohm = 136363,6364A
  • Zeit bis zum Schmelzpunkt: 356,6472J / (1,5V * 136363,6364A) = 0,00174s

Das erscheint mir ziemlich unrealistisch. In der Schule hatte ich Physik bis zur 10. Klasse nur in begrenzten maßen, weshalb ich mir die Berechnung mehr oder weniger selbst erschließen und verstehen musste. Ich bin mir ziemlich sicher, dass ich ein paar Rechen- und/oder Verständnissfehler begangen habe.

Ursprünglich bin ich davon ausgegangen, dass eine einfache Batterie niemals ausreichen würde, um einen 1cm³ Zinnwürfel zu schmelzen. Ich bin davon ausgegangen, dass ich mit Kondensatoren arbeiten müsste, um genügend Energie pro Zeit aufbringen zu können.

Also: Wo lagen meine Fehler?

Freue mich schon auf Tipps und Hilfe!

Grüße!

Elektronik, Physik, Thermodynamik

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