Probleme mit Wärme

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Rudolf Clausius hatte sich bewusst von der Vorstellung getrennt, dass Wärme eine mengenartige, zumal unzerstörbare thermische „Substanz“ sei, und sie stattdessen als Äquivalent zur mechanischen Arbeit betrachtet. Dadurch rückte die Umwandelbarkeit von Energie ins Zentrum der Betrachtung noch bevor mit der Quantentheorie die eigentliche Herausforderung geboren wurde, nämlich dieses Spiel als sortenübergreifende Umwandlung der Quanten – und damit auch der Quanten der thermischen Substanz – eines Systems zu begreifen.

Leider hielt die Energieform „Wärme“ nicht als bewerteter Unterschied im Entropieinventar zweier Zustände eines Systems Einzug in die Physik, sondern als ein Energiestrom, der zwischen unterschiedlichen Systemen ausgetauscht wird. Dies legte einen Grundstein für den folgenschweren Irrtum, dass das thermische Potential eines jeden Systems auf der Skala eines Gasthermometers abgelesen werden könne.

In der gibbsschen Form der Wärmelehre leitet sich Wärme völlig abstrakt aus dem Unterschied ab, den ein System hinsichtlich seiner thermischen Substanz aufweist, nämlich aus dem Produkt dieses Inventarunterschieds und des thermischen Potentials des Systems (allgemein natürlich als Integral dieses Produkts).

Handelt es sich bei dieser thermischen Substanz – wie z.B. elektrische Ladung oder Drehimpuls – um eine Erhaltungsgröße, dann bildete sich der Inventarunterschied im System auch exakt in der Umgebung – als „strömende Menge“ – ab. Anderenfalls fallen extern beobachtete Menge und damit verbundener Inventarunterschied im System auseinander und es ist ohne weiteres nicht mehr möglich, die thermische Substanz innerhalb des Systems korrekt zu bilanzieren und damit auch die dort stattfindenden Umwandlungsvorgänge korrekt zu beschreiben.