Was ist Thermodynamische Temperatur?

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Kurzfassung

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Thermodynamische Temperaturen können nur von einem „carnotschen Thermometer" dargestellt werden. Dabei handelt es sich um eine carnotsche Wärmekraftmaschine in Verbindung mit zwei isothermen Wärme-Reservoiren. Da ein solches Aggregat nicht funktionsfähig ist, kommt die Messung der Thermodynamischen Temperatur über den Rang eines Gedankenexperiments nicht hinaus.

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Um die Thermodynamische Temperatur eines beliebigen Objektes gedanklich darzustellen, muss dieses Objekt sowie Wasser an seinem Tripelpunkt mit jeweils einem der beiden Wärme-Reservoire ins thermische Gleichgewicht gebracht werden. Nach einem Kreisprozess der carnotschen Maschine wird die Thermodynamische Temperatur des Objektes aus den Energieänderungen der Wärme-Reservoire und der (willkürlich festgelegten) Thermodynamischen Temperatur des Referenzobjektes von 273,16 K abgeleitet.

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Die Thermodynamische Temperatur ergibt sich demnach nicht an einem Zustand wie der Wert einer Temperaturfunktion, sondern aus Zustandsunterschieden. Das ist auch zu erwarten, da sie für das thermische Potential steht, welches grundsätzlich Energie- und Entropiemengen aufeinander bezieht, die mit Zustandsunterschieden verbunden sind.

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Allerdings finden die Entropieunterschiede der Wärme-Reservoire allein vom Definitionsansatz her (thermischer Wirkungsgrad ist eine reine Funktion der thermischen Potentiale der Wärme-Reservoire) keine Berücksichtigung bei der Darstellung der Thermodynamischen Temperatur. Dadurch muss ihr Verhältnis stets 1 sein. Ohne dies je begründet oder wenigstens reflektiert zu haben, wird Entropie quasi durch die Hintertür als Erhaltungsgröße eingeführt.

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Bei der Definition der Entropie, mit der die Definition der Thermodynamischen Temperatur quasi gekrönt wird, fließt die Erhaltungseigenschaft der Entropie erneut implizit ein: Die beiden thermischen Pensa der Wärme-Reservoire werden für die der carnotschen Maschine ausgegeben, ohne begründet oder wenigstens reflektiert zu haben, warum in den beiden entropie-adiabaten Abschnitten für die carnotsche Maschine keine thermischen Pensa anfallen sollen.

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Somit ist schon nicht mehr entscheidend, dass die zentrale Annahme, aus der sich die Thermodynamische Temperatur ableitet – das Verhältnis der beiden thermischen Pensa der Wärme-Reservoire sei nur von ihren thermischen Potentialen abhängig –, nicht nur als unnötig einschränkend, sondern auch als ungewiss anzusehen ist. Der übliche Beweis mit Hilfe des „Zweiten Hauptsatzes“ scheitert nämlich daran, dass dieser als Aussage über reversible Zustandsfolgen nicht durch eine Aussage über natürliche Prozesse verifiziert werden kann.