3.3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz beschäftigt sich mit der Umwandlung von Wärme in Arbeit. Er beantwortet die Fragen:

In welche Richtung laufen Umwandlungsprozesse von mechanischer Energie und Wärmeenergie ab?
Kann Wärmeenergie vollständig in mechanische Arbeit umgewandelt werden?
Kann mechanische Arbeit vollständig in Wärmeenergie umgewandelt werden?

Aus Beobachtungen ist bekannt, dass Umwandlungsprozesse nicht-umkehrbar (irreversibel) ablaufen:

Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper
Reibung wandelt kinetische Energie in Wärmeenergie um
etc.

Modellüberlegungen für eine ideale Maschine (siehe Carnot‘scher Kreisprozess), die Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt, zeigen folgendes:

Es gibt keinen Prozess, bei dem Wärme aus einem Reservoir entnommen und vollständig in Arbeit umgewandelt wird. Eine Maschine, die Wärme vollständig in mechanische Arbeit umwandeln würde, bezeichnet man als perpetuum mobile zweiter Art, da sie dem zweiten Hauptsatz widersprechen würde.

3.3.1 Zweiter Hauptsatz

Der zweite Hauptsatz beschreibt wie der erste eine Erfahrungstatsache. Er lässt sich in Folgenden äquivalenten Aussagen formulieren:

Wärme fließt von selbst stets vom wärmeren zum kälteren Körper, nie umgekehrt.
Es gibt keine periodisch arbeitende Maschine, die einem Reservoir Wärme entzieht und diese ohne Energiezufuhr von außen vollständig in mechanische Arbeit umwandelt.
Es gibt kein perpetuum mobile zweiter Art.