Wärmegewicht ist ein thermodynamisches Eigentum, das verwendet werden kann, um die Energie zu bestimmen, die für die Arbeit in einem thermodynamischen Prozess, solcher als in Energieumwandlungsgeräten, Motoren oder Maschinen nicht verfügbar ist. Solche Geräte können nur durch die konvertierbare Energie gesteuert werden, und eine theoretische maximale Leistungsfähigkeit haben, wenn man Energie umwandelt zu arbeiten. Während dieser Arbeit wächst Wärmegewicht im System an, das sich dann in der Form der überflüssigen Hitze zerstreut.

In der klassischen Thermodynamik wird das Konzept des Wärmegewichtes phänomenologisch durch das zweite Gesetz der Thermodynamik definiert, die feststellt, dass das Wärmegewicht eines isolierten Systems immer zunimmt oder unveränderlich bleibt. So ist Wärmegewicht auch ein Maß der Tendenz eines Prozesses wie eine chemische Reaktion, um entropically bevorzugt zu sein, oder in einer besonderen Richtung weiterzugehen. Es beschließt, dass Thermalenergie immer spontan von Gebieten der höheren Temperatur zu Gebieten der niedrigeren Temperatur in der Form der Hitze fließt. Diese Prozesse reduzieren den Staat der Ordnung der anfänglichen Systeme, und deshalb ist Wärmegewicht ein Ausdruck der Unordnung oder Zufälligkeit. Das ist die Basis der modernen mikroskopischen Interpretation des Wärmegewichtes in der statistischen Mechanik, wo Wärmegewicht als der Betrag der Zusatzinformation definiert wird, musste den genauen physischen Staat eines Systems in Anbetracht seiner thermodynamischen Spezifizierung angeben. Das zweite Gesetz ist dann eine Folge dieser Definition und des grundsätzlichen Postulates der statistischen Mechanik.

Thermodynamisches Wärmegewicht hat die Dimension der Energie, die durch die Temperatur und eine Einheit von Joule pro kelvin (J/K) im Internationalen System von Einheiten geteilt ist.

Der Begriff Wärmegewicht wurde 1865 von Rudolf Clausius ins Leben gerufen, der auf dem Griechen  [entropía], ein Drehen zu, von εν-[en-] (in) und  [tropē] (Umdrehung, Konvertierung) gestützt ist.

Thermodynamische und statistische Beschreibungen

Es gibt zwei zusammenhängende Definitionen des Wärmegewichtes: die thermodynamische Definition und die statistische Mechanik-Definition. Die thermodynamische Definition wurde am Anfang der 1850er Jahre von Rudolf Clausius entwickelt und beschreibt im Wesentlichen, wie man das Wärmegewicht eines isolierten Systems im thermodynamischen Gleichgewicht misst. Wichtig spielt es auf die mikroskopische Natur der Sache an. Die statistische Definition wurde von Ludwig Boltzmann in den 1870er Jahren durch das Analysieren des statistischen Verhaltens der mikroskopischen Bestandteile des Systems entwickelt. Boltzmann hat gezeigt, dass diese Definition des Wärmegewichtes zum thermodynamischen Wärmegewicht zu innerhalb einer unveränderlichen Zahl gleichwertig war, die als die Konstante von Boltzmann seitdem bekannt gewesen ist. In der Zusammenfassung stellt die thermodynamische Definition des Wärmegewichtes die experimentelle Definition des Wärmegewichtes zur Verfügung, während die statistische Definition des Wärmegewichtes das Konzept erweitert, eine Erklärung und ein tieferes Verstehen seiner Natur zur Verfügung stellend.

Thermodynamisches Wärmegewicht ist eine nichterhaltene Zustandsfunktion, die in den Wissenschaften der Physik und Chemie von großer Bedeutung ist. Historisch hat sich das Konzept des Wärmegewichtes entwickelt, um zu erklären, warum einige Prozesse (erlaubt durch Bewahrungsgesetze) spontan vorkommen, während ihre Zeitumkehrungen (auch erlaubt durch Bewahrungsgesetze) nicht tun; Systeme neigen dazu, in der Richtung auf das zunehmende Wärmegewicht fortzuschreiten. Für isolierte Systeme nimmt Wärmegewicht nie ab. Diese Tatsache hat mehrere wichtige Folgen in der Wissenschaft: Erstens verbietet es "fortwährende Bewegung" Maschinen; und zweitens deutet es an, dass der Pfeil des Wärmegewichtes denselben directionality wie der Pfeil der Zeit hat. Zunahmen im Wärmegewicht entsprechen irreversiblen Änderungen in einem System, weil eine Energie als überflüssige Hitze ausgegeben wird, den Betrag der Arbeit beschränkend, die ein System tun kann.

In der statistischen Mechanik ist Wärmegewicht ein Maß der Zahl von Wegen, auf die ein System eingeordnet, häufig genommen werden kann, um ein Maß "der Unordnung" (je höher das Wärmegewicht, desto höher die Unordnung) zu sein. Diese Definition beschreibt das Wärmegewicht als, proportional zum natürlichen Logarithmus der Zahl von möglichen mikroskopischen Konfigurationen der individuellen Atome und Molekülen des Systems (Mikrostaaten) zu sein, die den beobachteten makroskopischen Staat (Makrostaat) des Systems verursachen konnten. Die Konstante der Proportionalität ist der unveränderliche Boltzmann.

Das zweite Gesetz der Thermodynamik

Das zweite Gesetz der Thermodynamik stellt fest, dass im Allgemeinen das Gesamtwärmegewicht jedes Systems anders nicht abnehmen wird als durch die Erhöhung des Wärmegewichtes eines anderen Systems. Folglich, in einem von seiner Umgebung isolierten System, wird das Wärmegewicht dieses Systems dazu neigen nicht abzunehmen. Hieraus folgt dass Hitze von einem kälteren Körper bis einen heißeren Körper ohne die Anwendung der Arbeit (die Auferlegung der Ordnung) zum kälteren Körper nicht fließen wird. Zweitens ist es für jedes Gerät unmöglich, das auf einem Zyklus funktioniert, Nettoarbeit von einem einzelnen Temperaturreservoir zu erzeugen; die Produktion der Nettoarbeit verlangt Fluss der Hitze von einem heißeren Reservoir bis ein kälteres Reservoir. Infolgedessen gibt es keine Möglichkeit eines fortwährenden Bewegungssystems. Hieraus folgt dass die Verminderung der Zunahme des Wärmegewichtes in einem angegebenen Prozess, wie eine chemische Reaktion, bedeutet, dass es energisch effizienter ist.

Es folgt aus dem zweiten Gesetz der Thermodynamik, die das Wärmegewicht eines Systems, das nicht isoliert wird, vermindern kann. Eine Klimaanlage kann zum Beispiel die Luft in einem Zimmer abkühlen, so das Wärmegewicht der Luft dieses Systems reduzierend. Die Hitze, die vom Zimmer (das System), der die Klimaanlage-Transporte und Entladungen zur Außenluft vertrieben ist, wird immer einen größeren Beitrag zum Wärmegewicht der Umgebung leisten, als die Abnahme des Wärmegewichtes der Luft dieses Systems wird. So, die Summe des Wärmegewichtes des Zimmers plus das Wärmegewicht der Umgebungszunahmen, in Übereinstimmung mit dem zweiten Gesetz der Thermodynamik.

In der Mechanik legt das zweite Gesetz in Verbindung mit der grundsätzlichen thermodynamischen Beziehung Grenzen auf einer Fähigkeit eines Systems, nützliche Arbeit zu tun. Durch die Wärmegewicht-Änderung eines Systems bei der Temperatur T das Aufsaugen eines unendlich kleinen Betrags der Hitze auf eine umkehrbare Weise, wird gegeben. Ausführlicher sinkt eine Energie TS ist nicht verfügbar, um nützliche Arbeit zu tun, wo T die Temperatur des kältesten zugänglichen Reservoirs oder der Hitze ist, äußerlich zum System. Für die weitere Diskussion, sieh Exergy.

Statistische Mechanik demonstriert, dass Wärmegewicht durch die Wahrscheinlichkeit geregelt wird, so eine Abnahme in der Unordnung sogar in einem geschlossenen System berücksichtigend. Obwohl das möglich ist, hat solch ein Ereignis eine kleine Wahrscheinlichkeit des Auftretens, es kaum machend. Selbst wenn solch ein Ereignis vorkommen sollte, würde es auf eine vergängliche Abnahme hinauslaufen, die nur eine begrenzte Zahl von Partikeln im System betreffen würde.

Definitionen und Beschreibungen

Thermodynamisches Wärmegewicht wird mehr allgemein aus einem statistischen Thermodynamik-Gesichtspunkt definiert, in dem die molekulare Natur der Sache ausführlich betrachtet wird. Wechselweise kann Wärmegewicht aus einem klassischen Thermodynamik-Gesichtspunkt definiert werden, in dem die molekularen Wechselwirkungen nicht betrachtet werden und stattdessen das System von der Perspektive der groben Bewegung von sehr großen Massen von Molekülen angesehen wird und das Verhalten von individuellen Molekülen durchschnittlich und verdunkelt ist. Historisch hat sich die klassische Thermodynamik-Definition zuerst entwickelt, und sie ist mehr kürzlich im Gebiet der Nichtgleichgewicht-Thermodynamik erweitert worden.

Zyklus von Carnot

Das Konzept des Wärmegewichtes ist aus der Studie von Rudolf Clausius des Zyklus von Carnot entstanden. In einem Zyklus von Carnot wird Hitze von einem 'heißen' Reservoir isothermisch bei der höheren Temperatur absorbiert, und isothermisch zu einem 'kalten' Reservoir bei einer niedrigeren Temperatur aufgegeben. Gemäß dem Grundsatz von Carnot kann Arbeit nur getan werden, wenn es einen Temperaturunterschied gibt, und die Arbeit etwas Funktion des Unterschieds in der Temperatur und der absorbierten Hitze sein sollte. Carnot hat zwischen nicht unterschieden und, seitdem er laut der Hypothese arbeitete, dass Wärmetheorie gültig war, und heizen Sie folglich, wurde erhalten. Durch die Anstrengungen von Clausius und Kelvin ist es jetzt bekannt, dass die maximale Arbeit, die getan werden kann, das Produkt der Leistungsfähigkeit von Carnot und der am heißen Reservoir absorbierten Hitze ist:

Um die Leistungsfähigkeit von Carnot abzuleiten, musste Kelvin das Verhältnis der geleisteten Arbeit zur Hitze bewerten, die in die isothermische Vergrößerung mit der Hilfe der Carnot-Clapeyron Gleichung vertieft ist, die eine unbekannte Funktion enthalten hat, die als die Funktion von Carnot bekannt ist. Die Tatsache, dass die Funktion von Carnot die Temperatur sein konnte, die von der Null gemessen ist, wurde durch das Joule in einem Brief an Kelvin angedeutet, und das hat Kelvin erlaubt, seine Skala der absoluten Temperatur einzusetzen.

Es ist auch bekannt, dass die Arbeit der Unterschied in der Hitze ist, die am heißen Reservoir absorbiert ist und am kalten zurückgewiesen ist:

Da der Letztere über den kompletten Zyklus gültig ist, hat das Clausius den Hinweis gegeben, dass in jeder Bühne des Zyklus Arbeit und Hitze nicht gleich sein würden, aber eher würde ihr Unterschied eine Zustandsfunktion sein, die nach der Vollziehung des Zyklus verschwinden würde. Die Zustandsfunktion wurde die innere Energie genannt, und es ist das erste Gesetz der Thermodynamik geworden.

Jetzt Gleichstellung der zwei Ausdrücke gibt

Wenn wir erlauben, das algebraische Zeichen zu vereinigen, wird das eine Summe und deutet an, dass es eine Funktion des Staates gibt, der über einen ganzen Zyklus erhalten wird. Clausius hat dieses Zustandsfunktionswärmegewicht genannt. Das ist das zweite Gesetz der Thermodynamik.

Dann hat Clausius gefragt, was geschehen würde, wenn es weniger geleistete Arbeit geben würde als das, das durch den Grundsatz von Carnot vorausgesagt ist. Die Rechte der ersten Gleichung würde das obere sein, das der Arbeit gebunden ist, die jetzt in eine Ungleichheit umgewandelt würde

Wenn die zweite Gleichung verwendet wird, um die Arbeit als ein Unterschied in der Hitze auszudrücken, bekommen wir

oder

So wird mehr Hitze zum kalten Reservoir abgegeben als im Zyklus von Carnot. Wenn wir die Wärmegewichte durch für die zwei Staaten anzeigen, dann kann die obengenannte Ungleichheit als eine Abnahme im Wärmegewicht geschrieben werden

Die vergeudete Hitze deutet an, dass irreversible Prozesse den Zyklus davon abgehalten haben müssen, maximale Arbeit auszuführen.

Statistische Thermodynamik

Die Interpretation des Wärmegewichtes in der statistischen Mechanik ist das Maß der Unklarheit, oder die Verwirrtkeit im Ausdruck von Gibbs, der über ein System nach seinen erkennbaren makroskopischen Eigenschaften, wie Temperatur, Druck und Volumen bleibt, ist in Betracht gezogen worden. Für einen gegebenen Satz von makroskopischen Variablen misst das Wärmegewicht den Grad, zu dem die Wahrscheinlichkeit des Systems über verschiedene mögliche Mikrostaaten ausgedehnt wird. Im Gegensatz zum Makrostaat, der einfach erkennbare durchschnittliche Mengen charakterisiert, gibt ein Mikrostaat alle molekularen Details über das System einschließlich der Position und Geschwindigkeit jedes Moleküls an. Je mehr solche Staaten, die für das System mit der merklichen Wahrscheinlichkeit, desto verfügbar sind, größer das Wärmegewicht.

Spezifisch ist Wärmegewicht ein logarithmisches Maß der Dichte von Staaten:

wo k der Boltzmann ist, der unveränderlich, dem gleich ist.

Die Summierung ist über alle möglichen Mikrostaaten des Systems, und P ist die Wahrscheinlichkeit, dass das System im Ith-Mikrostaat ist.

Zu den meisten praktischen Zwecken kann das als die grundsätzliche Definition des Wärmegewichtes genommen werden, da alle anderen Formeln für S daraus, aber nicht umgekehrt mathematisch abgeleitet werden können. (In einigen seltenen und abstrusen Situationen kann eine Generalisation dieser Formel erforderlich sein, um für Quant-Kohärenz-Effekten verantwortlich zu sein, aber in jeder Situation, wo ein klassischer Begriff der Wahrscheinlichkeit Sinn hat, beschreibt die obengenannte Gleichung genau das Wärmegewicht des Systems.)

Worin die grundsätzliche Annahme der statistischen Thermodynamik oder das grundsätzliche Postulat in der statistischen Mechanik genannt worden ist, wie man annimmt, ist der Beruf jedes Mikrostaates ebenso wahrscheinlich (d. h. P=1/Ω seitdem Ω ist die Zahl von Mikrostaaten); diese Annahme wird gewöhnlich für ein isoliertes System im Gleichgewicht gerechtfertigt. Dann nimmt die vorherige Gleichung ab zu:

In der Thermodynamik ist solch ein System dasjenige, in dem das Volumen, die Zahl von Molekülen und die innere Energie (das mikrokanonische Ensemble) befestigt werden.

Die allgemeinste Interpretation des Wärmegewichtes ist als ein Maß unserer Unklarheit über ein System. Der Gleichgewicht-Staat eines Systems maximiert das Wärmegewicht, weil wir die ganze Information über die anfänglichen Bedingungen abgesehen von den erhaltenen Variablen verloren haben; Maximierung des Wärmegewichtes maximiert unsere Unerfahrenheit über die Details des Systems. Diese Unklarheit ist nicht der täglichen subjektiven Art, aber eher der Unklarheit, die zur experimentellen Methode und dem erläuternden Modell innewohnend ist.

Das erläuternde Modell hat eine Hauptrolle in der Bestimmung des Wärmegewichtes. Der Qualifikator "für einen gegebenen Satz von makroskopischen Variablen" hat oben tiefe Implikationen: Wenn zwei Beobachter verschiedene Sätze von makroskopischen Variablen verwenden, werden sie verschiedene Wärmegewichte beobachten. Zum Beispiel, wenn Beobachter Gebrauch die Variablen U, V und W und der Beobachter B verwenden U, V, W, X, dann, indem er sich X ändert, kann Beobachter B eine Wirkung verursachen, die wie eine Übertretung des zweiten Gesetzes der Thermodynamik dem Beobachter A. aussieht. Mit anderen Worten: Der Satz von makroskopischen Variablen, die man wählt, muss alles einschließen, was sich ins Experiment ändern kann, sonst könnte man abnehmendes Wärmegewicht sehen!

Wärmegewicht kann für irgendwelche Prozesse von Markov mit der umkehrbaren Dynamik und dem ausführlichen Gleichgewicht-Eigentum definiert werden.

In den 1896 Vorträgen von Boltzmann auf der Gastheorie hat er gezeigt, dass dieser Ausdruck ein Maß des Wärmegewichtes für Systeme von Atomen und Molekülen in der Gasphase gibt, so ein Maß für das Wärmegewicht der klassischen Thermodynamik zur Verfügung stellend.

Klassische Thermodynamik

Gemäß der Gleichheit von Clausius, für einen reversiblen Prozess:

Das bedeutet, dass die integrierte Linie unabhängiger Pfad ist.

So können wir eine Zustandsfunktion S genannt Wärmegewicht definieren, das befriedigt:

Damit können wir nur den Unterschied des Wärmegewichtes erhalten, indem wir die obengenannte Formel integrieren. Um den absoluten Wert zu erhalten, brauchen wir das Dritte Gesetz der Thermodynamik, die dass S=0 an der absoluten Null für vollkommene Kristalle feststellt.

Von einer makroskopischen Perspektive in der klassischen Thermodynamik wird das Wärmegewicht als eine Zustandsfunktion eines thermodynamischen Systems interpretiert: D. h. ein Eigentum, das nur vom aktuellen Staat des Systems abhängt, das dessen unabhängig ist, wie dieser Staat gekommen ist, um erreicht zu werden. Die Zustandsfunktion hat das wichtige Eigentum, dass, wenn multipliziert, mit einer Bezugstemperatur, es als ein Maß des Betrags der Energie in einem physischen System verstanden werden kann, das nicht verwendet werden kann, um thermodynamische Arbeit zu tun; d. h. Arbeit hat durch die Thermalenergie vermittelt. Genauer in jedem Prozess, wo das System Energie ΔE, und seine Wärmegewicht-Fälle durch ΔS aufgibt, muss eine Menge mindestens T ΔS dieser Energie bis zu den Umgebungen des Systems als unbrauchbare Hitze gegeben werden (T ist die Temperatur der Außenumgebungen des Systems). Sonst wird der Prozess nicht vorankommen. In der klassischen Thermodynamik wird das Wärmegewicht eines Systems nur definiert, wenn es im thermodynamischen Gleichgewicht ist.

In einem thermodynamischen System neigen Druck, Dichte und Temperatur dazu, gleichförmig mit der Zeit zu werden, weil dieser Gleichgewicht-Staat höhere Wahrscheinlichkeit (möglichere Kombinationen von Mikrostaaten) hat als irgendwelcher anderer; sieh statistische Mechanik. Im Eisschmelzen-Beispiel, dem Unterschied in der Temperatur zwischen einem warmen Zimmer (die Umgebungen) und kaltem Glas des Eises und Wassers (das System und nicht der Teil des Zimmers), beginnt, als Teile der Thermalenergie von der warmen Umgebungsausbreitung bis das kühlere System des Eises und Wassers gleichgemacht zu werden.

Mit der Zeit werden die Temperatur des Glases und seines Inhalts und die Temperatur des Zimmers gleich. Das Wärmegewicht des Zimmers hat abgenommen, weil etwas von seiner Energie zum Eis und Wasser verstreut worden ist. Jedoch, wie berechnet, im Beispiel, hat das Wärmegewicht des Systems des Eises und Wassers mehr zugenommen, als das Wärmegewicht des Umgebungszimmers abgenommen hat. In einem isolierten System wie das Zimmer und Eiswasser genommen zusammen läuft die Streuung der Energie vom wärmeren bis Kühler immer auf eine Nettozunahme im Wärmegewicht hinaus. So, als das "Weltall" des Zimmers und Eiswasser-Systems ein Temperaturgleichgewicht erreicht hat, ist die Wärmegewicht-Änderung vom anfänglichen Staat an einem Maximum. Das Wärmegewicht des thermodynamischen Systems ist ein Maß dessen, wie weit die Gleichung fortgeschritten ist.

Ein spezieller Fall der Wärmegewicht-Zunahme, das Wärmegewicht des Mischens, kommt vor, wenn zwei oder mehr verschiedene Substanzen gemischt werden. Wenn die Substanzen bei derselben Temperatur und Druck sind, wird es keinen Nettoaustausch der Hitze oder Arbeit geben - die Wärmegewicht-Änderung wird völlig wegen des Mischens der verschiedenen Substanzen sein. An einem statistischen mechanischen Niveau resultiert das wegen der Änderung im verfügbaren Volumen pro Partikel mit dem Mischen.

Geschichte

Das erste Gesetz der Thermodynamik, formalisiert gestützt auf den Hitzereibungsexperimenten von James Joule 1843, befasst sich mit dem Konzept der Energie, die in allen Prozessen erhalten wird; das erste Gesetz ist jedoch unfähig, die Effekten der Reibung und Verschwendung zu messen.

Die Analyse, die zum Konzept des Wärmegewichtes geführt hat, hat mit der Arbeit des französischen Mathematikers Lazare Carnot begonnen, der in seiner 1803-Zeitung Grundsätzliche Grundsätze des Gleichgewichts und der Bewegung vorgeschlagen haben, dass in jeder Maschine die Beschleunigungen und Stöße der bewegenden Teile Verluste des Moments der Tätigkeit vertreten. Mit anderen Worten, in jedem natürlichen Prozess dort besteht eine innewohnende Tendenz zur Verschwendung der nützlichen Energie. Auf diese Arbeit 1824 bauend, hat der Sohn von Lazare Sadi Carnot Nachdenken über die Motiv-Macht des Feuers veröffentlicht, das das in allen Hitzemotoren, wann auch immer "kalorisch", postuliert hat, oder was jetzt als Hitze bekannt ist, misslingt ein Temperaturunterschied, Arbeit oder Motiv-Macht können von den Handlungen des "Falls von kalorischen" zwischen einem heißen und kalten Körper erzeugt werden. Das war eine frühe Scharfsinnigkeit ins zweite Gesetz der Thermodynamik.

Carnot hat seine Ansichten von der Hitze teilweise auf dem Anfang des 18. Jahrhunderts "Newtonische Hypothese" gestützt, dass sowohl Hitze als auch Licht Typen von unzerstörbaren Formen der Sache waren, die angezogen und durch andere Sache, und teilweise auf den zeitgenössischen Ansichten von Graf Rumford zurückgetrieben werden, der (1789) gezeigt hat, dass Hitze durch die Reibung als geschaffen werden konnte, wenn Kanone trägt, werden maschinell hergestellt. Carnot hat geschlossen, dass, wenn der Körper der Arbeitssubstanz, wie ein Körper des Dampfs, in seinen ursprünglichen Staat (Temperatur und Druck) am Ende eines ganzen Motorzyklus zurückgegeben wird, diese "keine Änderung in der Bedingung des Arbeitskörpers vorkommt". Diese letzte Anmerkung wurde in seinen Fußzeichen amendiert, und es war diese Anmerkung, die zur Entwicklung des Wärmegewichtes geführt hat.

In den 1850er Jahren und 1860er Jahren hat deutscher Physiker Rudolf Clausius gegen diese Annahme protestiert, d. h. dass keine Änderung im Arbeitskörper vorkommt, und dieser "Änderung" eine mathematische Interpretation durch das Verhör der Natur des innewohnenden Verlustes der verwendbaren Hitze gegeben hat, wenn Arbeit getan wird, heizen Sie z.B erzeugt durch die Reibung. Clausius hat Wärmegewicht als der Transformationsinhalt, d. h. dissipative Energiegebrauch, eines thermodynamischen Systems oder Arbeitskörpers der chemischen Arten während einer Änderung des Staates beschrieben. Das war im Gegensatz zu früheren Ansichten, die auf den Theorien von Isaac Newton gestützt sind, diese Hitze war eine unzerstörbare Partikel, die Masse hatte.

Später haben Wissenschaftler wie Ludwig Boltzmann, Josiah Willard Gibbs und James Clerk Maxwell Wärmegewicht eine statistische Basis gegeben. 1877 hat sich Boltzmann eine probabilistic Weise vergegenwärtigt, das Wärmegewicht eines Ensembles von idealen Gaspartikeln zu messen, in denen er Wärmegewicht definiert hat, um zum Logarithmus der Zahl von Mikrostaaten proportional zu sein, die solch ein Benzin besetzen konnte. Künftig hat das wesentliche Problem in der statistischen Thermodynamik, d. h. gemäß Erwin Schrödinger, den Vertrieb eines gegebenen Betrags der Energie E über N identische Systeme bestimmen sollen.

Carathéodory hat Wärmegewicht mit einer mathematischen Definition der Nichtumkehrbarkeit, in Bezug auf Schussbahnen und integrability verbunden.

Folgen und Anwendungen

Der Pfeil der Zeit

Wärmegewicht ist die einzige Menge in den physischen Wissenschaften, die scheint, eine besondere Richtung des Fortschritts, manchmal genannt einen Pfeil der Zeit einzubeziehen. Als Zeit fortschreitet, stellt das zweite Gesetz der Thermodynamik fest, dass das Wärmegewicht eines isolierten Systems nie abnimmt. Folglich, von dieser Perspektive, wird von Wärmegewicht-Maß als eine Art Uhr gedacht.

Die grundsätzliche thermodynamische Beziehung

Das Wärmegewicht eines Systems hängt von seiner inneren Energie und den Außenrahmen wie das Volumen ab. In der thermodynamischen Grenze führt diese Tatsache zu einer Gleichung, die die Änderung in der inneren Energie zu Änderungen im Wärmegewicht und den Außenrahmen verbindet. Diese Beziehung ist als die grundsätzliche thermodynamische Beziehung bekannt. Wenn das Volumen der einzige Außenparameter ist, ist diese Beziehung:

Da die innere Energie befestigt wird, wenn man das Wärmegewicht und das Volumen angibt, ist diese Beziehung gültig, selbst wenn die Änderung von einem Staat des Thermalgleichgewichts zu einem anderen mit dem unendlich klein größeren Wärmegewicht und Volumen auf eine nichtquasistatische Weise geschieht (so während dieser Änderung, kann das System aus dem Thermalgleichgewicht sehr weit sein, und dann können das Wärmegewicht, der Druck und die Temperatur nicht bestehen).

Die grundsätzliche thermodynamische Beziehung bezieht viele thermodynamische Identität ein, die im Allgemeinen gültig, der mikroskopischen Details des Systems unabhängig ist. Wichtige Beispiele sind die Beziehungen von Maxwell und die Beziehungen zwischen Hitzekapazitäten.

Wärmegewicht in der chemischen Thermodynamik

Thermodynamisches Wärmegewicht ist in der chemischen Thermodynamik zentral, Änderungen ermöglichend, gemessen zu werden, und das Ergebnis von Reaktionen vorausgesagt. Das zweite Gesetz der Thermodynamik stellt fest, dass das Wärmegewicht in einem isolierten System — der Kombination eines Subsystems unter der Studie und seinen Umgebungen — während aller spontanen chemischen und physischen Prozesse zunimmt. Die Clausius Gleichung von δq/T = ΔS führt das Maß der Wärmegewicht-Änderung, ΔS ein. Wärmegewicht-Änderung beschreibt die Richtung und misst den Umfang von einfachen Änderungen wie Wärmeübertragung zwischen Systemen — immer vom heißeren bis Kühler spontan.

Das thermodynamische Wärmegewicht hat deshalb die Dimension der Energie, die durch die Temperatur und das Einheitsjoule pro kelvin (J/K) im Internationalen System von Einheiten (SI) geteilt ist.

Thermodynamisches Wärmegewicht ist ein umfassendes Eigentum, bedeutend, dass es mit der Größe oder dem Ausmaß eines Systems klettert. In vielen Prozessen ist es nützlich, das Wärmegewicht als ein intensives Eigentum anzugeben, das der Größe als eine spezifische Wärmegewicht-Eigenschaft des Typs des studierten Systems unabhängig ist. Spezifisches Wärmegewicht kann hinsichtlich einer Einheit der Masse, normalerweise das Kilogramm ausgedrückt werden (Einheit:). Wechselweise, in der Chemie, wird es auch zu einem Maulwurf der Substanz verwiesen, in welchem Fall es das Mahlzahn-Wärmegewicht mit einer Einheit dessen genannt wird.

So, wenn ein Maulwurf der Substanz daran durch seine Umgebungen dazu gewärmt wird, die Summe der zusätzlichen Werte von q/T setzen das Standardmahlzahn-Wärmegewicht jedes Elements oder Zusammensetzung, eine grundsätzliche physikalische Eigenschaft und einen Hinweis des Betrags der Energie ein, die durch eine Substanz daran versorgt ist. Wärmegewicht-Änderung misst auch das Mischen von Substanzen als eine Summierung ihrer Verhältnismengen in der Endmischung.

Wärmegewicht ist im Voraussagen des Ausmaßes und der Richtung von komplizierten chemischen Reaktionen ebenso notwendig. Für solche Anwendungen muss ΔS in einem Ausdruck vereinigt werden, der sowohl das System als auch seine Umgebungen, ΔS = ΔS + ΔS einschließt. Dieser Ausdruck, wird über einige Schritte, der Gibbs freie Energiegleichung für Reaktionspartner und Produkte im System: ΔG [der Gibbs freie Energieänderung des Systems] = ΔH [die Enthalpy-Änderung] T ΔS [die Wärmegewicht-Änderung].

Wärmegewicht-Änderung

Wenn ein ideales Benzin eine Änderung erlebt, kann sich sein Wärmegewicht auch ändern. Für Fälle, wo sich die spezifische Hitze nicht ändert und entweder sind Volumen, Druck oder Temperatur auch unveränderlich, die Änderung im Wärmegewicht kann leicht berechnet werden.

Wenn spezifische Hitze und Volumen unveränderlich sind, wird durch die Änderung im Wärmegewicht gegeben:

:.

Wenn spezifische Hitze und Druck unveränderlich sind, wird durch die Änderung im Wärmegewicht gegeben:

Wenn spezifische Hitze und Temperatur unveränderlich sind, wird durch die Änderung im Wärmegewicht gegeben:

In diesen Gleichungen ist die spezifische Hitze am unveränderlichen Volumen, ist die spezifische Hitze am unveränderlichen Druck, ist die ideale Gaskonstante, und ist die Zahl von Maulwürfen von Benzin.

Für einige andere Transformationen sind nicht alle diese Eigenschaften (spezifische Hitze, Volumen, Druck oder Temperatur) unveränderlich. In diesen Fällen, für nur 1 Maulwurf eines idealen Benzins, kann durch die Änderung im Wärmegewicht auch gegeben werden:

: oder

Wärmegewicht-Gleichgewicht-Gleichung für offene Systeme

In der chemischen Technik werden die Grundsätze der Thermodynamik allgemein angewandt, um Systeme", d. h. diejenigen "zu öffnen, in denen Hitze, Arbeit und Masse über die Systemgrenze fließen. In einem System, in dem es Flüsse von beider Hitze und Arbeit, d. h. (Welle-Arbeit) und P (dV/dt) (mit dem Druck bändige Arbeit) über die Systemgrenzen gibt, verursacht der Hitzefluss, aber nicht der Arbeitsfluss, eine Änderung im Wärmegewicht des Systems. Diese Rate der Wärmegewicht-Änderung ist, wo T die absolute thermodynamische Temperatur des Systems am Punkt des Hitzeflusses ist. Wenn, außerdem, es Massenflüsse über die Systemgrenzen gibt, wird sich das Gesamtwärmegewicht des Systems auch wegen dieses Convected-Flusses ändern.

Ein verallgemeinertes Wärmegewicht abzuleiten, hat Gleichung erwogen, wir fangen mit der allgemeinen Gleichgewicht-Gleichung für die Änderung in jeder umfassenden Menge Θ in einem thermodynamischen System, eine Menge an, die entweder wie Energie erhalten, oder wie Wärmegewicht nichterhalten werden kann. Der grundlegende allgemeine Gleichgewicht-Ausdruck stellt fest, dass dΘ/dt, d. h. die Rate der Änderung von Θ im System, der Rate gleichkommt, an der Θ ins System an den Grenzen minus die Rate eingeht, an der Θ das System über die Systemgrenzen plus die Rate verlässt, an der Θ innerhalb des Systems erzeugt wird. Mit dieser allgemeinen Gleichgewicht-Gleichung, in Bezug auf die Rate der Änderung mit der Zeit des umfassenden Menge-Wärmegewichtes S, ist die Wärmegewicht-Gleichgewicht-Gleichung für ein offenes thermodynamisches System:

wo

: = die Nettorate des Wärmegewichtes fließen wegen der Flüsse der Masse in und aus dem System (wo = Wärmegewicht pro Einheitsmasse).

: = die Rate des Wärmegewichtes fließen wegen des Flusses der Hitze über die Systemgrenze.

: = die Rate der Wärmegewicht-Produktion innerhalb des Systems.

Bemerken Sie auch, dass, wenn es vielfache Hitzeflüsse gibt, soll der Begriff dadurch ersetzt werden, wo der Hitzefluss ist und die Temperatur am Jth-Hitzefluss-Hafen ins System ist.

Wärmegewicht in der Quant-Mechanik (Wärmegewicht von von Neumann)

Im Quant statistische Mechanik wurde das Konzept des Wärmegewichtes von John von Neumann entwickelt und wird allgemein "Wärmegewicht von von Neumann", genannt

wo die Dichte-Matrix ist und Tr der Spur-Maschinenbediener ist.

Das hält den Ähnlichkeitsgrundsatz hoch, weil in der klassischen Grenze, d. h. wann auch immer der klassische Begriff der Wahrscheinlichkeit gilt, dieser Ausdruck zur vertrauten klassischen Definition des Wärmegewichtes, gleichwertig

Von Neumann hat ein strenges mathematisches Fachwerk für die Quant-Mechanik mit seiner Arbeit Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik eingesetzt. Er hat in dieser Arbeit eine Theorie des Maßes zur Verfügung gestellt, wo der übliche Begriff des Welle-Funktionszusammenbruchs als ein irreversibler Prozess (der so genannte von Neumann oder das projektive Maß) beschrieben wird. Mit diesem Konzept in Verbindung mit der Dichte-Matrix hat er das klassische Konzept des Wärmegewichtes ins Quant-Gebiet erweitert.

Annäherungen an das Verstehen des Wärmegewichtes

Ordnung und Unordnung

Wärmegewicht ist häufig mit dem Betrag, Unordnung und/oder Verwirrung in einem thermodynamischen System lose vereinigt worden. Die traditionelle qualitative Beschreibung des Wärmegewichtes ist, dass es sich auf Änderungen im Status quo des Systems bezieht und ein Maß der "molekularen Unordnung" und des Betrags der vergeudeten Energie in einer dynamischen Energietransformation von einem Staat oder Form zu einem anderen ist. In dieser Richtung haben mehrere neue Autoren genaue Wärmegewicht-Formeln abgeleitet, um dafür verantwortlich zu sein und Unordnung und Ordnung in atomaren und molekularen Bauteilen zu messen. Eine der einfacheren Wärmegewicht-Formeln der Ordnung/Unordnung ist dass abgeleitet 1984 vom thermodynamischen Physiker Peter Landsberg, der auf einer Kombination der Thermodynamik und Informationstheorie-Argumente gestützt ist. Er behauptet, dass, wenn Einschränkungen auf einem System, solch funktionieren, dass es gehindert wird, ein oder mehr von seinen möglichen oder erlaubten Staaten, wie gegenübergestellt, mit seinen verbotenen Staaten hereinzugehen, durch das Maß der Summe "der Unordnung" im System gegeben wird:

Ähnlich wird durch die Summe "der Ordnung" im System gegeben:

In dem C die "Unordnungs"-Kapazität des Systems ist, das das Wärmegewicht der im erlaubten Ensemble enthaltenen Teile ist, ist C die "Informations"-Kapazität des Systems, ein Ausdruck, der der Kanalkapazität von Shannon ähnlich ist, und C ist die "Ordnungs"-Kapazität des Systems.

Energiestreuung

Das Konzept des Wärmegewichtes kann qualitativ als ein Maß der Energiestreuung bei einer spezifischen Temperatur beschrieben werden. Ähnliche Begriffe sind im Gebrauch von früh in der Geschichte der klassischen Thermodynamik, und mit der Entwicklung der statistischen Thermodynamik und Quant-Theorie gewesen, Wärmegewicht-Änderungen sind in Bezug auf das Mischen oder "Verbreiten" der Gesamtenergie jedes Bestandteils eines Systems über seine besonderen gequantelten Energieniveaus beschrieben worden.

Zweideutigkeiten in den Begriffen Unordnung und Verwirrung, die gewöhnlich dem Gleichgewicht direkt entgegengesetzte Bedeutungen haben, tragen zu weit verbreiteter Verwirrung bei und behindern Verständnis des Wärmegewichtes für die meisten Studenten. Da sich das zweite Gesetz der Thermodynamik in einem isolierten System zeigt, das innere Teile bei verschiedenen Temperaturen dazu neigen werden, einer einzelnen gleichförmigen Temperatur anzupassen und so Gleichgewicht zu erzeugen. Eine kürzlich entwickelte Bildungsannäherung vermeidet zweideutige Begriffe und beschreibt solches Verbreiten aus der Energie als Streuung, die zu Verlust der für die Arbeit erforderlichen Differenziale führt, wenn auch die Gesamtenergie unveränderlich in Übereinstimmung mit dem ersten Gesetz der Thermodynamik bleibt (vergleichen Sie Diskussion in der folgenden Abteilung). Physischer Chemiker Peter Atkins, zum Beispiel, wer vorher über die Streuung geschrieben hat, die zu einem unordentlichen Staat führt, schreibt jetzt, dass "spontane Änderungen immer durch eine Streuung der Energie begleitet werden".

Die Verbindung des Wärmegewichtes zur Energienützlichkeit

Dem obengenannten folgend, ist es (in einem Thermalzusammenhang) möglich, Wärmegewicht als ein Hinweis oder Maß der Wirksamkeit oder Nützlichkeit einer besonderen Menge der Energie zu betrachten. Das ist, weil Energie, die bei einer hohen Temperatur (d. h. mit dem niedrigen Wärmegewicht) geliefert ist, dazu neigt, nützlicher zu sein, als derselbe Betrag der bei der Raumtemperatur verfügbaren Energie. Das Mischen eines heißen Paketes einer Flüssigkeit mit einer kalten erzeugt ein Paket der Zwischentemperatur, in der die gesamte Zunahme im Wärmegewicht einen "Verlust" vertritt, der nie ersetzt werden kann.

So bedeutet die Tatsache, dass das Wärmegewicht des Weltalls fest zunimmt, dass seine Gesamtenergie weniger nützlich wird: Schließlich wird das zum "Hitzetod des Weltalls" führen.

Wärmegewicht und Molekül-Kompliziertheit

In einer Situation, wo eine Reaktion mit gleichem Maulwurf-Wasserstoffbenzin (H) auf der Reaktionspartner-Seite und dem Wasserdampf (HO) auf der Produktseite verbunden ist, würde die Reaktion unwillkürlich sein? Wegen der Kompliziertheit der Gestalten der Moleküle würde Wasserdampf bevorzugt, und die Vorwärtsreaktion würde unwillkürlich sein. Da Wasserdampf eine Begabungsgestalt im Vergleich zur geradlinigen Gestalt von Wasserstoffbenzin hat, hat er eine größere Reihe von möglichen Positionen, dass jedes Molekül als an einem besonderen Punkt rechtzeitig gelegen sein kann. Das zweite Gesetz der Thermodynamik sagt, dass eine Zunahme im Wärmegewicht bevorzugt wird, der ist, warum die Behauptung vorher gültig ist.

Eisschmelzen-Beispiel

Die Illustration für diesen Artikel ist ein klassisches Beispiel, in dem Wärmegewicht in einem kleinen "Weltall", ein thermodynamisches System zunimmt, das aus den "Umgebungen" (das warme Zimmer) und "System" (Glas, Eis, kaltes Wasser) besteht. In diesem Weltall wird sich eine Thermalenergie δQ von den wärmeren Raumumgebungen (an 298 K oder 25 °C) zum kühleren System des Eises und Wassers bei seiner unveränderlichen Temperatur T 273 K (0 °C), der schmelzenden Temperatur des Eises ausbreiten. Das Wärmegewicht des Systems wird sich durch den Betrag dS = δQ/T ändern, in diesem Beispiel δQ/273 K. (Ist die Thermalenergie δQ für diesen Prozess die Energie, die erforderlich ist, Wasser vom festen Zustand bis den flüssigen Staat zu ändern, und wird die Schmelzenthalpie, d. h. den ΔH für die Eisfusion genannt.) Das Wärmegewicht der Umgebungen wird sich durch einen Betrag dS =  δQ/298 K ändern. So in diesem Beispiel, dem Wärmegewicht der Systemzunahmen, wohingegen das Wärmegewicht der Umgebungsabnahmen.

Es ist wichtig zu begreifen, dass die Abnahme im Wärmegewicht des Umgebungszimmers weniger ist als die Zunahme im Wärmegewicht des Eises und Wassers: Die Raumtemperatur von 298 K ist größer als 273 K, und deshalb ist das Verhältnis, (Wärmegewicht-Änderung), δQ/298 K für die Umgebungen kleiner als das Verhältnis (Wärmegewicht-Änderung), δQ/273 K für das ice+water System. Um die Wärmegewicht-Änderung unseres "Weltalls" zu finden, zählen wir die Wärmegewicht-Änderungen für seine Bestandteile zusammen: das Umgebungszimmer und der ice+water. Die Gesamtwärmegewicht-Änderung ist positiv; das ist immer in spontanen Ereignissen in einem thermodynamischen System wahr, und es zeigt die prophetische Wichtigkeit vom Wärmegewicht: Das Endnettowärmegewicht nach solch einem Ereignis ist immer größer, als das anfängliche Wärmegewicht war.

Als sich die Temperatur des kühlen Wassers zu diesem des Zimmers erhebt und das Zimmer weiter unmerkbar kühl wird, kann die Summe des δQ/T über die dauernde Reihe, an vieler Zunahme, in am Anfang kühlem zu schließlich warmem Wasser durch die Rechnung gefunden werden. Das komplette Miniatur"Weltall", d. h. dieses thermodynamische System, hat im Wärmegewicht zugenommen. Energie ist mehr verstreut und ausgedehnt in diesem "Weltall" spontan geworden als, als das Glas von Eiswasser eingeführt wurde und ein "System" innerhalb seiner geworden ist.

Bemerken Sie, dass das System einen Punkt erreichen wird, wo das Zimmer, das Glas und der Inhalt des Glases bei derselben Temperatur sein werden. In dieser Situation kann nichts anderes geschehen: Obwohl Thermalenergie wirklich im Zimmer besteht (tatsächlich, ist der Betrag der Thermalenergie dasselbe als am Anfang, da es ein geschlossenes System ist), ist es jetzt unfähig, nützliche Arbeit zu tun, weil es nicht mehr einen Temperaturanstieg gibt. Wenn ein Außenereignis nicht dazwischenliegt (so das Brechen der Definition eines geschlossenen Systems), wird das Zimmer bestimmt, um in derselben Bedingung für die ganze Ewigkeit zu bleiben. Deshalb, im Anschluss an dasselbe Denken, aber das Betrachten des ganzen Weltalls als unser "Zimmer", gelangen wir zu einem ähnlichen Schluss: Das, an einem bestimmten Punkt in der entfernten Zukunft, das ganze Weltall wird eine Uniform, isothermic und träger Körper der Sache sein, in der es keine verfügbare Energie geben wird, Arbeit zu tun. Diese Bedingung ist als der "Hitzetod des Weltalls" bekannt.

Wärmegewicht und adiabatische Zugänglichkeit

Eine Definition des Wärmegewichtes gestützt völlig auf der Beziehung der adiabatischen Zugänglichkeit zwischen Gleichgewicht-Staaten wurde von E.H.Lieb und J. Yngvason 1999 gegeben. Diese Annäherung hat mehrere Vorgänger, einschließlich der Pionierarbeit von Constantin Carathéodory von 1909 und der Monografie durch R. Giles von 1964. In der Einstellung von Lieb und Yngvason fängt man an, indem man, für einen Einheitsbetrag der Substanz unter der Rücksicht, den zwei Bezugsstaaten und solch aufpickt, dass der Letztere vom ersteren, aber nicht umgekehrt adiabatisch zugänglich ist. Wenn man die Wärmegewichte der Bezugsstaaten definiert, um 0 und 1 beziehungsweise zu sein, wird das Wärmegewicht eines Staates als die größte solche Zahl definiert, der von einem zerlegbaren Staat adiabatisch zugänglich ist, der aus einem Betrag im Staat und einem Ergänzungsbetrag im Staat besteht. Ein einfaches, aber wichtiges Ergebnis innerhalb dieser Einstellung besteht darin, dass Wärmegewicht, abgesondert von einer Wahl der Einheit und einer zusätzlichen Konstante für jedes chemische Element durch die folgenden Eigenschaften einzigartig bestimmt wird: Es ist in Bezug auf die Beziehung der adiabatischen Zugänglichkeit, des Zusatzes auf zerlegbaren Systemen monotonisch, und unter dem Schuppen umfassend.

Standardlehrbuch-Definitionen

Der folgende ist eine Liste von zusätzlichen Definitionen des Wärmegewichtes von einer Sammlung von Lehrbüchern:

• ein Maß der Energiestreuung bei einer spezifischen Temperatur.
• ein Maß der Unordnung im Weltall oder der Verfügbarkeit der Energie in einem System, um Arbeit zu tun.

Zwischendisziplinarische Anwendungen des Wärmegewichtes

Obwohl das Konzept des Wärmegewichtes ursprünglich eine thermodynamische Konstruktion war, ist es in anderen Studienfächern, einschließlich der Informationstheorie, psychodynamics, thermoeconomics, und Evolution angepasst worden.

Thermodynamische und statistische Mechanik-Konzepte

• Wärmegewicht-Einheit - eine non-S.I. Einheit des thermodynamischen Wärmegewichtes, gewöhnlich angezeigten "e.u". und gleich einer Kalorie pro Kelvin pro Maulwurf oder 4.184 Joule pro Kelvin pro Maulwurf.
• Wärmegewicht von Gibbs - das übliche statistische mechanische Wärmegewicht eines thermodynamischen Systems.
• Wärmegewicht von Boltzmann - ein Typ des Wärmegewichtes von Gibbs, das innere statistische Korrelationen im gesamten Partikel-Vertrieb vernachlässigt.
• Wärmegewicht von Tsallis - eine Generalisation des Standards Wärmegewicht von Boltzmann-Gibbs.
• Standardmahlzahn-Wärmegewicht - ist der Wärmegewicht-Inhalt eines Maulwurfs der Substanz, unter Bedingungen der Standardtemperatur und des Drucks.
• Restliches Wärmegewicht - die Wärmegewicht-Gegenwart nach einer Substanz wird willkürlich in der Nähe von der absoluten Null abgekühlt.
• Das Wärmegewicht des Mischens - die Änderung im Wärmegewicht, wenn zwei verschiedene chemische Substanzen oder Bestandteile gemischt werden.
• Schleife-Wärmegewicht - ist das Wärmegewicht, das nach dem Zusammenbringen von zwei Rückständen eines Polymers innerhalb einer vorgeschriebenen Entfernung verloren ist.
• Wärmegewicht von Conformational - ist das Wärmegewicht, das mit der physischen Einordnung einer Polymer-Kette vereinigt ist, die einen kompakten oder kugelförmigen Staat in der Lösung annimmt.
• Kraft von Entropic - eine mikroskopische Kraft oder Reaktionstendenz haben sich auf Systemorganisationsänderungen, molekulare Reibungsrücksichten und statistische Schwankungen bezogen.
• Freies Wärmegewicht - ein entropic thermodynamisches der freien Energie analoges Potenzial.
• Explosion von Entropic - eine Explosion, in der die Reaktionspartner eine große Änderung im Volumen erleben, ohne einen großen Betrag der Hitze zu veröffentlichen.
• Wärmegewicht-Änderung - eine Änderung im Wärmegewicht dS zwischen zwei Gleichgewicht-Staaten wird durch übertragenen dQ der Hitze gegeben, der durch die absolute Temperatur T vom System in diesem Zwischenraum geteilt ist.
• Sackur-Vierpolröhre-Wärmegewicht - das Wärmegewicht eines monatomic klassischen idealen Benzins über Quant-Rücksichten bestimmt.

Wärmegewicht und Leben

Seit fast eineinhalb Jahrhundert, mit der 1863-Biografie von Clausius "Auf der Konzentration von Strahlen der Hitze und des Lichtes, und auf den Grenzen seiner Handlung beginnend" sind viel Schreiben und Forschung der Beziehung zwischen dem thermodynamischen Wärmegewicht und der Evolution des Lebens gewidmet worden. Das Argument, dass Leben mit dem negativen Wärmegewicht oder negentropy füttert, wurde vom Physiker Erwin Schrödinger in einem 1944-Buch behauptet Was ist Leben?. Er posierte, "Wie vermeidet der lebende Organismus Zerfall?" Die offensichtliche Antwort ist: "Durch das Essen, trinkend, atmend, und (im Fall von Werken) das Assimilieren." Neue Schriften haben das Konzept von Gibbs freie Energie verwendet, dieses Problem ausführlich zu behandeln.

Während die Energie von Nährstoffen notwendig ist, um eine Ordnung eines Organismus zu stützen, gibt es auch die Voraussicht von Schrödinger: "Ein erstaunliches Geschenk eines Organismus, einen Strom der Ordnung auf sich zu konzentrieren und so dem Zerfall in die Atomverwirrung - des Trinkens der Ordnung von einer passenden Umgebung zu entkommen - scheint, mit der Anwesenheit der aperiodischen Festkörper verbunden zu werden..." Wir wissen jetzt, dass der 'aperiodische' Kristall DNA ist, und dass die unregelmäßige Einordnung eine Form der Information ist. "Die DNA im Zellkern enthält die Originalkopie der Software in doppelter Ausfertigung. Diese Software scheint, dadurch zu kontrollieren. "einen Algorithmus oder Satz von Instruktionen angebend, um den kompletten Organismus zu schaffen und aufrechtzuerhalten, der die Zelle enthält." DNA und andere Makromoleküle bestimmen einen Lebenszyklus eines Organismus: Geburt, Wachstum, Reife, Niedergang und Tod. Nahrung ist notwendig, aber nicht genügend, um für Wachstum in der Größe verantwortlich zu sein, weil Genetik der Regierungsfaktor ist. An einem Punkt neigen sich Organismen normalerweise und sterben, während sogar sie in Umgebungen bleiben, die genügend Nährstoffe enthalten, um Leben zu stützen. Der Steuern-Faktor muss inner sein und nicht Nährstoffe oder Sonnenlicht, das als kausale exogenous Variablen handelt. Organismen erben die Fähigkeit, einzigartige und komplizierte biologische Strukturen zu schaffen; es ist für jene Fähigkeiten unwahrscheinlich, wiedererfunden zu werden oder jede Generation unterrichtet zu werden. Deshalb muss DNA als die Hauptursache in dieser Eigenschaft ebenso wirkend sein. Die Perspektive von Boltzmann des zweiten Gesetzes anwendend, verlangt die Änderung des Staates von einer wahrscheinlicheren, weniger bestellten und hohen Wärmegewicht-Einordnung bis eine von weniger Wahrscheinlichkeit, mehr Ordnung und niedrigerem in der biologischen Einrichtung gesehenem Wärmegewicht nach einer Funktion wie das, das über die DNA bekannt ist. Die offenbare Informationsverarbeitungsfunktion der DNA stellt eine Entschlossenheit des Paradoxes zur Verfügung, das durch das Leben und die Wärmegewicht-Voraussetzung des zweiten Gesetzes aufgestellt ist.

1982 hat amerikanischer Biochemiker Albert Lehninger behauptet, dass die innerhalb von Zellen erzeugte "Ordnung", wie sie wachsen und sich teilen, mehr als für durch die "Unordnung" ersetzt wird, die sie in ihren Umgebungen im Laufe des Wachstums und der Abteilung schaffen. "Lebende Organismen bewahren ihre innere Ordnung durch die Einnahme von ihren Umgebungen freier Energie, in der Form von Nährstoffen oder Sonnenlicht, und das Zurückbringen in ihre Umgebungen eines gleichen Betrags der Energie als Hitze und Wärmegewicht."

Evolutionszusammenhängende Konzepte:

• Negentropy - eine Schnellschrift umgangssprachlicher Ausdruck für das negative Wärmegewicht.
• Ectropy - ein Maß der Tendenz eines dynamischen Systems, nützliche Arbeit zu tun und mehr organisiert zu wachsen.
• Extropy - ein metaphorischer Begriff, der das Ausmaß eines Lebens oder der Intelligenz des organisatorischen Systems, funktioneller Ordnung, Lebenskraft, Energie, Lebens, Erfahrung, und Kapazität und Laufwerkes für die Verbesserung und das Wachstum definiert.
• Ökologisches Wärmegewicht - ein Maß der Artenvielfalt in der Studie der biologischen Ökologie.

In einer Studie betitelt "Zuchtwahl für kleinste Handlung, die" in den Verhandlungen Der Königlichen Gesellschaft veröffentlicht ist, beschreiben A., Ville Kaila und Arto Annila der Universität Helsinkis, wie das zweite Gesetz der Thermodynamik als eine Gleichung der Bewegung geschrieben werden kann, Evolution zu beschreiben, sich zeigend, wie Zuchtwahl und der Grundsatz von kleinster Handlung durch das Ausdrücken der Zuchtwahl in Bezug auf die chemische Thermodynamik verbunden werden können. In dieser Ansicht erforscht Evolution mögliche Pfade zu Niveau-Unterschieden in Energiedichten und so Zunahme-Wärmegewicht am schnellsten. So dient ein Organismus als ein Energieübertragungsmechanismus, und vorteilhafte Veränderungen erlauben aufeinander folgenden Organismen, mehr Energie innerhalb ihrer Umgebung zu übertragen.

Kosmologie

Da ein begrenztes Weltall ein isoliertes System ist, stellt das Zweite Gesetz der Thermodynamik fest, dass sein Gesamtwärmegewicht ständig zunimmt. Es ist seit dem 19. Jahrhundert nachgesonnen worden, dass das Weltall zu einem Hitzetod vom Schicksal bestimmt ist, in dem die ganze Energie als ein homogener Vertrieb der Thermalenergie endet, so dass keine Arbeit mehr aus jeder Quelle herausgezogen werden kann.

Wenn, wie man betrachten kann, das Weltall allgemein zunehmendes Wärmegewicht hat, dann — weil hat Herr Roger Penrose hingewiesen — Ernst spielt eine wichtige Rolle in der Zunahme, weil Ernst verstreute Sache veranlasst, in Sterne anzuwachsen, die schließlich in schwarze Löcher zusammenbrechen. Das Wärmegewicht eines schwarzen Loches ist zur Fläche des Ereignis-Horizonts des schwarzen Loches proportional. Jacob Bekenstein und Stephen Hawking haben gezeigt, dass schwarze Löcher das maximale mögliche Wärmegewicht jedes Gegenstands der gleichen Größe haben. Das macht sie, wahrscheinlich Punkte aller Wärmegewicht vergrößernden Prozesse zu beenden, wenn sie völlig wirksame Sache und Energiefallen sind. Hawking hat jedoch kürzlich seine Haltung zu diesem Aspekt geändert.

Die Rolle des Wärmegewichtes in der Kosmologie bleibt ein umstrittenes Thema. Neue Arbeit hat einige Zweifel auf der Hitzetodeshypothese und der Anwendbarkeit jedes einfachen thermodynamischen Modells zum Weltall im Allgemeinen geworfen. Obwohl Wärmegewicht wirklich im Modell eines dehnbaren Weltalls zunimmt, erhebt sich das maximale mögliche Wärmegewicht viel schneller, das Weltall weiter vom Hitzetod mit der Zeit, nicht näher bewegend. Das läuft auf eine "Wärmegewicht-Lücke" das Wegschieben des Systems weiter vom postulierten Hitzetodesgleichgewicht hinaus. Andere Komplizieren-Faktoren, wie die Energiedichte der makroskopischen und Vakuumquant-Effekten, sind schwierig, sich mit thermodynamischen Modellen zu versöhnen, irgendwelche Vorhersagen der groß angelegten Thermodynamik äußerst schwierig machend.

weit glaubt, ist die Wärmegewicht-Lücke durch die frühe schnelle Exponentialvergrößerung des Weltalls ursprünglich geöffnet worden.

Informationstheorie

In der Informationstheorie ist Wärmegewicht das Maß des Betrags der Information, die vor dem Empfang vermisst wird und manchmal Wärmegewicht von Shannon genannt wird. Wärmegewicht von Shannon ist ein breites und Gesamtkonzept, das Anwendungen in der Informationstheorie sowie Thermodynamik findet. Es wurde von Claude Shannon 1948 ursprünglich ausgedacht, um den Betrag der Information in einer übersandten Nachricht zu studieren. Die Definition des Informationswärmegewichtes ist jedoch, ziemlich allgemein, und wird in Bezug auf einen getrennten Satz von Wahrscheinlichkeiten ausgedrückt:

Im Fall von übersandten Nachrichten waren diese Wahrscheinlichkeiten die Wahrscheinlichkeiten, dass eine besondere Nachricht wirklich übersandt wurde, und das Wärmegewicht des Nachrichtensystems ein Maß des durchschnittlichen Betrags der Information in einer Nachricht war. Für den Fall von gleichen Wahrscheinlichkeiten (d. h. jede Nachricht ist ebenso wahrscheinlich), ist das Wärmegewicht von Shannon (in Bit) gerade die Zahl von ja/no Fragen mussten den Inhalt der Nachricht bestimmen.

Die Frage der Verbindung zwischen dem Informationswärmegewicht und thermodynamischen Wärmegewicht ist ein diskutiertes Thema. Während die meisten Autoren behaupten, dass es eine Verbindung zwischen den zwei gibt, behaupten einige, dass sie nichts haben, um mit einander zu tun.

Die Ausdrücke für die zwei Wärmegewichte sind ähnlich. Das Informationswärmegewicht H für gleiche Wahrscheinlichkeiten ist

wo k eine Konstante ist, die die Einheiten des Wärmegewichtes bestimmt. Zum Beispiel, wenn die Einheiten Bit, dann k = 1/ln (2) sind. Das thermodynamische Wärmegewicht S, aus einem statistischen mechanischen Gesichtspunkt, wurde zuerst von Boltzmann ausgedrückt:

wo p die Wahrscheinlichkeit dessen ist, dass ein System in einem besonderen Mikrostaat ist, vorausgesetzt, dass es in einem besonderen Makrostaat ist, und die Konstante von Boltzmann ist. Es kann gesehen werden, dass man an das thermodynamische Wärmegewicht als die Konstante von Boltzmann denken kann, die durch den Klotz (2), Zeiten die Zahl von ja/no Fragen geteilt ist, die gefragt werden müssen, um den Mikrostaat des Systems zu bestimmen, vorausgesetzt, dass wir den Makrostaat wissen. Die Verbindung zwischen dem thermodynamischen und Informationswärmegewicht wurde in einer Reihe von Vorträgen von Edwin Jaynes entwickelt, der 1957 beginnt.

Es gibt viele Weisen, die Gleichwertigkeit des "Informationswärmegewichtes" und "Physik-Wärmegewichtes", d. h. der Gleichwertigkeit des "Wärmegewichtes von Shannon" und "Wärmegewichtes von Boltzmann" zu demonstrieren. Dennoch argumentieren einige Autoren für das Fallen des Wortwärmegewichtes für die H Funktion der Informationstheorie und des Verwendens des anderen Begriffes von Shannon "Unklarheit" stattdessen.

Mathematik

• Kolmogorov-Sinai Wärmegewicht - ein mathematischer Typ des Wärmegewichtes in dynamischen Systemen hat sich auf Maßnahmen von Teilungen bezogen.
• Verhältniswärmegewicht - ist ein natürliches Entfernungsmaß von einem "wahren" Wahrscheinlichkeitsvertrieb P zu einem willkürlichen Wahrscheinlichkeitsvertrieb Q.
• Wärmegewicht von Rényi - ein verallgemeinertes Wärmegewicht-Maß für fractal Systeme.
• Topologisches Wärmegewicht - eine Weise, Wärmegewicht in einer wiederholten Funktion zu definieren, stellt in der ergodic Theorie kartografisch dar.
• Volumen-Wärmegewicht - Riemannian invariant, der die Exponentialrate des Volumen-Wachstums misst.

Soziologie

Das Konzept des Wärmegewichtes ist auch ins Gebiet der Soziologie, allgemein als eine Metapher für die Verwirrung, Unordnung oder Verschwendung der Energie, aber nicht als ein direktes Maß von thermodynamischen oder Informationswärmegewicht eingegangen:

• Korporatives Wärmegewicht - Energie wird als bürokratische und Geschäftsmannschaft-Wirkungslosigkeit, d. h. gegen die Verschwendung verlorene Energie verschwendet. (Diese Definition ist mit dem Konzept von von Clausewitz der Reibung im Krieg vergleichbar.)
• Wirtschaftswärmegewicht - ein halbquantitatives Maß der unwiderruflichen Verschwendung und Degradierung von natürlichen Materialien und verfügbarer Energie in Bezug auf die Wirtschaftstätigkeit.
• Entropology - die Studie oder Diskussion des Wärmegewichtes oder des Namens, der manchmal der Thermodynamik ohne Differenzialgleichungen gegeben ist.
• Psychologisches Wärmegewicht - der Vertrieb der Energie in der Seele, die dazu neigt, Gleichgewicht oder Gleichgewicht unter allen Strukturen der Seele zu suchen.
• Soziales Wärmegewicht - ein Maß des sozialen Systemaufbaus, sowohl theoretische als auch statistische Interpretationen, d. h. Gesellschaft (makrogesellschaftliche Variablen) habend, hat in Bezug darauf gemessen, wie die Person in der Gesellschaft (mikrogesellschaftliche Variablen) fungiert; auch verbunden mit dem sozialen Gleichgewicht.

Siehe auch

• Autokatalytische Reaktionen und Ordnungsentwicklung
• Baryogenesis
• Klinkenrad von Brownian
• Clausius-Duhem Ungleichheit
• Konfigurationswärmegewicht
• Abfahrtsfunktion
• Enthalpy
• Wärmegewicht-Rate
• Wärmegewicht-Produktion
• Geometrische Frustration
• Gesetze der Thermodynamik
• Vielfältigkeitsfunktion
• Nichtgleichgewicht-Thermodynamik
• Größenordnungen (Wärmegewicht)
• Zufälligkeit
• Die Formel von Stirling
• Thermodynamische Datenbanken für reine Substanzen
• Thermodynamisches Potenzial

Referenzen

Weiterführende Literatur

• Biel, R. und Mu-Jeong Kho (2009) "Das Problem der Energie innerhalb einer Dialektischen Annäherung an Regulationist Problematique," Recherches & Régulation Working Papers, RR Série Personalausweis 2009-1, Association Recherche & Régulation: 1-21.

Links

• Wärmegewicht - Ein Grundlegendes Verstehen Einer Zündvorrichtung für das Wärmegewicht von einer chemischen Perspektive
• Interaktiver Shockwave Zeichentrickfilm auf dem Wärmegewicht
• Max Jammer (1973). Wörterbuch der Geschichte von Ideen: Wärmegewicht
• Frank L. Lambert; entropysite.oxy.edu - verbindet sich zu Artikeln einschließlich einfacher Einführungen ins Wärmegewicht für Chemie-Studenten und für allgemeine Leser.
• Thermodynamik - ein Kapitel aus einem Online-Lehrbuch
• Wärmegewicht auf dem Projekt PHYSNET
• Wärmegewicht - eine Offene Zugriffszeitschrift
• Ein Intuitives Handbuch zum Konzept des Wärmegewichtes, das in Verschiedenen Sektoren der Wissenschaft - ein wikibook auf der Interpretation des Konzepts des Wärmegewichtes Entsteht.