Angenommen man hat einen Zylinder mit Kolben, innendrin läuft eine chemische Reaktion o.ä. ab, dabei entsteht ein Gas und das ganze wird warm.
Wenn der Kolben nicht beweglich, also das Volumen konstant wär, würde ja die ganze bei der Reaktion freiwerdende Energie als Wärme nach außen gelangen.
So, wenn jetzt aber der Kolben beweglich (also der Druck konstant) ist, gibts da ja die Formel deltaU = deltaH - p*deltaV,
also Änderung der inneren Energie = Entalpieänderung - Volumenarbeit.
Es wird also die freigewordene Energie deltaU (die bei konstantem Volumen ja vollständig in Wärme umgewandelt worden wäre) zum Teil als Wärme, zum Teil als Volumenarbeit nach außen abgegeben.
Und genau hier ist mein Problem: Als was kommt denn dann die Energie, die durch die Volumenarbeit „verbraucht“ wurde, außen an? In irgnwas muss die ja umgewandelt werden?
Wenn der Kolben nach oben geschoben werden würde, würds sich in potentielle Energie umwandeln. Also gut, leg ich den Zylinder flach hin, damit der Kolben nur horizontal verschoben wird. Und nu?
Das Nach-außen-schieben funzt ja so, dass innen ein größerer Druck ist als außen, innen prallen mehr Luftmoleküle gegen den Kolben, schieben ihn ein Stückchen nach außen, und werden selber langsamer als vorher zurückgeworfen, geben also ein bisschen ihrer Bewegungsenergie an den Kolben ab. Das umgekehrte muss dann ja außen passieren, also Teilchen fliegt gegen Kolben, der ihm ja entgegenkommt, bremt ihn ein wenig ab und fliegt schneller weiter. Die Energie, die innen „„verbraucht““ wurde, um den Kolben nach außen zu schieben, ist also außen dann wieder umgewandelt worden in Bewegungsenergie von Teilchen, also Wärme.
So, und wo ist jetzt der Unterschied zwischen der Energie, die direkt als Wärme durch die Zylinderwände nach außen abgegeben wurde , also der Entalpie, und der Energie, die über den Volumenarbeits-Umweg außen als Wärme annekommen ist? Enthalpie ist doch auch nur die als Wärme abgegebene Energie? Müsst doch fast gleich sein? Warum kommt in sämtlichen Thermodynamik-Formeln die Enthalpie vor, so als ob die Volumenarbeits-Energie einfach verschwinden täte?
Und genau hier ist mein Problem: Als was kommt denn dann die
Energie, die durch die Volumenarbeit „verbraucht“ wurde, außen
an?
Zunächst einmal als Volumenenergie. Das ist das Produkt aus Druck und Volumen. Wenn sich also das Volumen bei konstantem Druck vergrößert, dann vergrößert sich auch die Volumenenergie und wenn sich ein Teil dieses Volumens anschließend außerhalb des Reaktionsgefäßes befindet, dann ist auch die darin enthaltene Volumenenergie in die Umgebung gewandert.
In irgnwas muss die ja umgewandelt werden?
Im Grunde schon, aber was genau die Umgebung mit der dazugewonnen Energie anstellt, läßt sich nicht vorhersagen.
Wenn der Kolben nach oben geschoben werden würde, würds sich
in potentielle Energie umwandeln.
Richtig.
Also gut, leg ich den
Zylinder flach hin, damit der Kolben nur horizontal verschoben
wird. Und nu?
Damit der Kolben aus dem Gefäß kann, muß die Luft, die vorher da war, wo er hin will, ausweichen. Wenn der Umgebungsdruck gleich bleiben soll, dann kann sie eigentlich nur nach oben und damit wird die Energie auch hier in potentielle Energie umgewandelt.
Volumenenergie? Sowas gibts? Kann ich mir das irgendwie vorstellen?
Damit der Kolben aus dem Gefäß kann, muß die Luft, die vorher
da war, wo er hin will, ausweichen. Wenn der Umgebungsdruck
gleich bleiben soll, dann kann sie eigentlich nur nach oben
und damit wird die Energie auch hier in potentielle Energie
umgewandelt.
Meinst du das mit Volumenenergie? Also gut, wenn das so ist, dann wird die Erdathmosphäre ein Stückchen höher, also potentielle Energie… ABER wenn die Energie als Wärme nach außen kommt, tut sich das Gas doch auch ausdehnen, mit demselben Effekt, oder? Steh ich grad vollständig auf dem Schlauch?
Volumenenergie? Sowas gibts? Kann ich mir das irgendwie
vorstellen?
Ja, mit deinem waagerechten Kolben. Der Druck der Luft ist ziemlich groß, ca. 1kg/cm^2 (also etwa 10N/cm^2). Wenn Du da einen Kolben von 20cm Durchmesser 1 Meter weit rausdrückst, dann hast Du 10^2*Pi*10 = 3141 Nm an Arbeit hinter dir, fast schon eine Wh.
Meinst du das mit Volumenenergie? Also gut, wenn das so ist,
dann wird die Erdathmosphäre ein Stückchen höher, also
potentielle Energie… ABER wenn die Energie als Wärme nach
außen kommt, tut sich das Gas doch auch ausdehnen, mit
demselben Effekt, oder? Steh ich grad vollständig auf dem
Schlauch?
Naja, die Erdatmosphäre ist halt so groß, dass es keiner messen kann, und durch andere Effekte würde sich der Luftdruck langfristig wieder ausgleichen. Wenn allerdings die Wärme nach aussen dringt, passiert wie du richtig sagst ähnliches, aber um das konkret nachzurechnen müsstest Du zuerst ein beliebiges geschlossenes System kreieren.
Übrigens, dass mit der Volumenarbeit ist der Grund, warum es unterschiedliche Wärmekapazitäten für gas gibt, eine bei konstantem Druck (isobar), eine bei konstantes Volumen (isochor).