Thermodynamik von Elastomeren
Hallo!
Die besten Ideen kommen mir immer auf dem Klo oder unter der Dusche. Diesmal wurde ich von einer Diskussion im Essen&Kochen-Brett inspiriert. Dort ging es um die Länge von Spätzle. Vielleicht hat mich das auf die richtige Fährte gebracht, vielleicht ist es auch nur Schmarrn was ich jetzt schreibe. Daher meine ausdrückliche Bitte an alle, die sich besser auskennen als ich: Denkt drüber nach und sagt, was ihr dazu meint!
Spaghetti bilden im Teller ein heilloses Durcheinander, während sie in der Packung noch in Reih und Glied kerzengerade nebeneinander lagen. Diese Spaghetti sind mein Modell für die Polymer-Ketten, aus denen sich der Gummi zusammensetzt. Im Normalzustand sind sie wild durcheinander verschlungen.
Wenn man den Gummi makroskopisch dehnt, könnte das ja bedeuten, dass die Polymer-Ketten gestreckt werden, wie wenn man mit einer Spaghetti-Zange die Nudeln aus der Schüssel hebt. Dabei gewinnen die Spaghetti einen Teil der Ordnung zurück, den sie in der Packung noch hatten. Die Entropie nimmt also ab. Das muss nach dS = dQ/T mit einer Wärmeabgabe verbunden sein.
Wenn das Strecken des Gummis langsam genug erfolgt (isotherm), wird die gesamte Wärme an die Umgebung abgegeben, T bleibt konstant. Zieht man den Gummi jedoch schnell auseinander, kommt die überschüssige Wärme seiner eigenen Inneren Energie zugute und erhöht dessen Temperatur.
Beim Erschlaffen (also wenn die Spaghetti in den Teller fallen) wird diese Ordnung wieder aufgebrochen. Dem Elastomer wird Entropie zurück gegeben, d. h. es nimmt Wärme auf. Wenn dies schnell genug geschieht, muss diese Wärme aus der eigenen Inneren Energie bezogen werden, also kühlt sich der Gummi ab.
Zunächst konnte ich mir nicht vorstellen, dass sich ein Gummi, der sich zusammenzieht, abkühlt. Dass das doch möglich ist, liegt - nach meiner Spaghetti-Theorie - daran, dass Gase bei der Expansion i. A. an Entropie gewinnen, während Nudeln und Elastomere an Entropie verlieren, wenn sie gestreckt werden.
War das jetzt völliger Käse oder könnte da was dran sein?
Michael
