Irreversible und reversible Vorgänge
Einen Vorgang, der von selbst nur in einer Richtung ablaufen kann, bezeichnet man als irreversibel. |
Beispiel: Lässt man eine Plastilinkugel
auf eine Unterlage fallen, so wird sie beim Aufprall verformt und bleibt
liegen. Die Höhenenergie der Kugel vor dem Fallen hat sich zunächst
in kinetische Energie umgewandelt. Diese wurde dann beim Aufrpall durch
Verformungsarbeit in innere Energie umgesetzt. Die verformte Kugel und
die Unterlage haben sich etwas erwärmt.
Der Energieerhaltungssatz wäre nicht verletzt, wenn dieser Vorgang
auch in der umgekehrten Richtung ablaufen würde. Die Kugel und die
Umgebung würden sich abkühlen, die Deformation sich zurückbilden,
und die dabei freiwerdende Energie dazu verwendet, um die Kugel wieder
auf die ursprüngliche Höhe zu heben. Ein solcher Vorgang wurde
aber noch nie beobachtet. Deshalb ist das Fallen einer Plastilinkugel ein
irreversibler Vorgang.
Einen Vorgang, der von selbst auch in der umgekehrten Richtung ablaufen kann, bezeichnet man als reversibel. |
Beispiel: Verwenden wir im obigen
Beispiel statt der Plastilinkugel eine Stahlkugel und als Unterlage eine
Glasplatte, so springt die Kugel nach dem Auftretten auf die Glasplatte
auf etwa 80 % der ursprünglichen Höhe zurück. Das Fallen
der Stahlkugel ist also ebenfalls ein irreversibler Vorgang, da die Kugel
nicht wieder die ursprüngliche Höhe erreicht. Ein Teil der ursprünglich
vorhandenen Höhenenergie hat sich auch hier beim Aufprall in innere
Energie umgewandelt. Trotzdem können wir uns hier vorstellen, dass
im idealen Grenzfall die Kugel wieder ihre ursprünglich Höhe
erreicht. Der ideale Grenzfall wäre dann ein reversibler Vorgang.
Kugeln aus speziellem hochelastischem Material erreichen diesen Grenzfall
fast.
Da bei jedem mechanischen Prozeß Reibung auftritt, wandelt sich immer
ein Teil der ursprünglich vorhandenen mechanischen Energie in innere
Energie um. Diese innere Energie wandelt sich nicht wieder von selbst in
mechanische Energie um. Deshalb ist jeder mechanische Vorgang irreversibel.
Auch der Übergang von innerer Energie von einem heißen auf einen
kalten Körper ist irreversibel. Der umgekehrte Vorgang wurde nie beobachtet.
Bei den Verbrennungsmotoren geht ein großer Teil der bei der Verbrennung
freiwerdenden inneren Energie in die Umgebung über. Die Temperatur
der Umgebung wird dadurch nur geringfügig erhöht. Da die Temperatur
der Umgebung niedriger ist als die des Motors, geht auch keine innere Energie
von der Umgebung in den heißen Motor zurück. Diese innere Energie
kann deshalb ohne zusätzlichen Aufwand nicht mehr genutzt werden.
Man sagt, die Energie ist entwertet.
Es gibt allerdings inzwischen Maschinen (sogenannte Wärmepumpen),
die es ermöglichen, diese entwertete Energie wieder zu nutzen. Allerdings
muss man dazu zusätzlich Energie aufwenden.