Was ist Energie? Thermodynamische Fußnote

Was ist Energie in der Thermodynamik?

Energie ist eine Erhaltungsgröße. In der Thermodynamik ist Energie nur eine Erhaltungsgröße. Das soll heißen, dass wir in keinem Lehrbuch der Thermodynamik eine explizite Definition finden, was Energie eigentlich ist – außer erhalten. Diese Bemerkung steht in „Understanding Thermodynamics” von H. C. Van Ness. Sie ist fundamental. So steht das explizit jedoch nicht in jedem Lehrbuch.

Sobald man sich fragt „Was ist Wärme“ und „Was ist Entropie“ kann man auf diese Erhaltungsgröße zurückkommen. Und wenn dann die Frage nach der Wärme beantwortet ist, kann man nun auch die Frage „Was ist innere Energie“ beantworten. Vorher gibt es keine hilfreiche Antwort auf diese Frage. Es hilft insbesondere nicht im Verständnis – ja es ist geradezu fahrlässig irreführend – einfach ins mikroskopische Auszuweichen und verschiedene Energieformen in einem System anzuführen, wie z.B. chemische Bindungsenergie. Diese Formen in einem System sind zweitrangig. Sie bilden ganz und gar nicht nicht die Essenz des Energiebegriffes in der klassischen Thermodynamik.

Der Energiebegriff bekommt zwar in der Tat mit fortschreitenden Wissen über Thermodynamik viele neue Facetten. Doch das gerade weil Energie nie explizit definiert ist sondern allein Erhaltungsgröße ist. Das ‘substanzielle’ der Erhaltung ist gerade, dass Energie nur eine Buchhaltergröße ist. Dies führt nicht zu verschiedenen Energieformen sondern zu Bilanzierungsarten wie Enthalpie, freie Energie, etc. Als Buchhalter können wir nämlich unterschiedlich bilanzieren, auch wenn am Ende doch immer nur ein Strich darunter kommt und die Bilanz dann ausgeglichen ist.

Van Ness führt im Folgenden eine Metapher von Feynman weiter aus.  Als Teil der Lehrmaterialien macht das MIT im Rahmen ihre OpenCourseWare Initiative dieses Kapitel von dem Buch frei zugängig.

Für mich ist das zum Einstieg in die klassische Thermodynamik die wichtigste Bemerkung.

 

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Markus Dahlem forscht seit über 20 Jahren über Migräne, hat Gastpositionen an der HU Berlin und am Massachusetts General Hospital. Außerdem ist er Geschäftsführer und Mitgründer des Berliner eHealth-Startup Newsenselab, das die Migräne- und Kopfschmerz-App M-sense entwickelt.

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