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Und es geht doch !?
In diesem Artikel geht es um eine bereits 1974 im Journal
"Science" veröffentlichte theoretische Versuchsanordnung.
Die vom Chemiker Octave Levenspiel beschriebene Apparatur wird hier
in bezug auf den 2. Hauptsatz der Thermodynamik diskutiert.
Bei der hier beschriebenen Variante von "Levenspiel's Springbrunnen"
ist ein Rad hinzugefügt, welches durch fallende
Wassertropfen angetrieben wird. Das Grundprinzip funktioniert
so, daß ein mit Wasser gefülltes Rohr, an dessen
unterem Ende eine semipermeable Membran angebracht ist, in
eine Salzlösung eintaucht. Ist das Rohr relativ kurz, so liegt
der Wasserspiegel in diesem, bedingt durch den osmotischen Druck,
unterhalb des Salzwasserspiegels. Verlängert man jedoch
das Rohr immer weiter in die Tiefe, so kehrt sich das Verhältnis
um , da die Dichte der Salzlösung größer
ist und somit der hydrostatische Druck mit der Tiefe schneller
ansteigt. Bei ausreichend langem Rohr ist der Wasserspiegel
höher und fallende Wassertropfen können ein Rad dauerhaft
in Bewegung halten.
Existiert in einem abgeschlossenen System ein drehendes Rad,
dessen Bewegung nicht durch das Einstellen eines endgültigen
Gleichgewichtes ("Wärmetod") limitiert ist, so widerspricht
das dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Es stellt ein Perpetuum
mobile 2. Art dar.
Die Frage, die sich an dieser
Stelle ergibt, ist- wenn es funktioniert, warum eigentlich?
Der Umstand, daß man für eine solche Apparatur
lange Rohre braucht, da der osmotische Druck schon bei geringen
Konzentrationen hohe Werte annimmt, soll in der theoretischen
Betrachtung keine Rolle spielen. ( Berechnungen dazu unter
dem Link
Diffusionsmaschine
)
Stellen wir uns die Apparatur zunächst
einmal ohne das oben angesetzte Abflußrohr vor. In
diesem Fall würde der Wasserspiegel im Rohr bis zur
Gleichgewichtshöhe ansteigen und keine weitere Energieumwandlung/Bewegung
stattfinden. Die Verbindung zwischen der Salzlösung und
dem Wasser im Rohr besteht allein über die semipermeable Membran.
Durch diese können sich die einzelnen Wassermoleküle in
beide Richtungen ( reversibel ) austauschen.
Setzt man aber das Abflußrohr
an, so wird dieses "unproduktive" Gleichgewicht niemals
erreicht. Die Wassertropfen verhindert durch ihren
freien Fall das Einstellen eines endgültigen Gleichgewichtes.
Die Verbindung zwischen Salzlösung und Wasser besteht
oben nur einseitig, da das Abtropfen nur in eine Richtung (
irreversibel ) möglich ist. Für die Aufrechterhaltung
der Drehbewegung sind beide Verbindungen, reversible
wie irreversible , nötig.
Die Bedeutung von irreversiblen
Prozessen für die Lage von Gleichgewichten wird unter
dem Link
Irreversibilität contra Thermodynamik
beschrieben.
Die Argumentation auf diesen Seiten ist bewußt
kurz gehalten, da sie erst einmal nur als Denkanstoß dienen
soll.
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