perpetuum mobile

[mmark]

AW: perpetuum mobile

hallo,

hallo mmark,
deshalb habe ich auch das mechanische beispiel hergenommen
in der praxis geht mechanische bewegungsneergie durch reibung in wärme über
damit aber die konstante kontant bleibt, muss man die wärme auch als energie definieren; sonst wäre die energie im system nicht konstant
dass die energie die fähigkeit arbeit zu verrichten darstellt, wird landläufig vereinfacht dargestellt, stimmt aber nicht
die energie, die arbeit verrichten kann, ist die freie energie
diese ist aber weder eine erhaltungsgröße, noch eine eindeutige, auf das beobachtete system bzw den beobachteten systemteil bezogene
der anteil der freien energie an der gesamtenergie hängt von der umgebung ab
(gegen vakuum ist das gesamte integral pdV frei, und gegen den absoluten nullpunkt ist die gesamte wärmeenergie frei)
dass der erste hauptsatz eine erfahrungssache ist, ist streng genommen so wie die erfahrung, dass tatsächlich alle rappen schwarz sind (auch das kannman erfahren!)

das ist im prinzip alles richtig. geht aber meiner meinung nach am punkt vorbei. natürlich ist die definition der energie als fähigkeit arbeit zu verichten letztlich unzureichend. das ändert aber doch nichts dass so war.
die energieerhaltung wird natürlich immer weiter erweitert. dass und wie wärme als energie zu verstehen ist schlägt sich dann natürlich in der definition nieder. ist aber nicht der ausgangspunkt.
dass alle rappen schwarz kann von der erfahrung nicht bestätigt werden weil es eine tautologie ist. zukunftsprognosen sind keine tautologien.

schlichtweg falsch, wie schon oben beschrieben lässt sich die energie nicht so definieren, wie du es tust bzw wie man es in der schule lernt
die definition, dass die energie jene größe sei, die im abgeschlossenen system immer konstant bleibt, ist aus einem thermodynamik-buch und anderen büchern,
in denen thermodynamik angewandt wird
die im entropieterm "gefangene" energie kann eben keine arbeit verrichten

natürlich kann man. hat man auch. dass es heute etwas komplizierter ist liegt daran dass man den weg zurückgelegt hat.

das geht von der gültigkeit deiner energiedefinition aus, die aber nicht zutreffend ist

zu dem zeitpunkt war sie aber gültig.

du übersiehst, dass beispielsweise vor 150 jahren ein atombetriebenes ding als perpetuum mobile durchgegangen wäre
man steckt nicht laufend etwas rein, aber das ding produziert anscheinend laufend mechanische energie und wärme

also, würde man alt genug, so würde man auch dann erfahren können dass dem ding irgendwann die luft ausgeht...
eben nur anscheinend, wie du richtig sagst. es gibt aber wirklich keinen weg um die tatsache herum dass es nicht so ist.

stellt man nun eine energiebilanz nach dem damaligen stand der technik auf, wäre sie tatsächlich nicht konstant

naja, vielleicht eher stand des verständnises, ber egal, ja natürlich.
deswegen gilt der energieerhaltungssatz der mechanik ja auch nicht allgemein...

nach untersuchung der quelle hat man dann zur den verschiedenen energien die kernenergie dazugezählt

nun, man hat das ja genauso mit der reibung gemacht. energie als substanz die umgewandelt wird in verschiedene formen. das abstrakte verständnis von energie hatten die gründer der thermodynamik gar nicht. nicht dass ihnen abstarktionsvermögen gefehlt häte, will ich nicht sagen, aber die substanzidee war eben noch gang und gebe...

natürlich ist es auch notwendig, dass sich die everschiedenen energieformen ineinander umwandeln können
der verlust in einer form der energie muss durch zuwachs in einer anderen form aufgehoben werden
verloren gehen kann da nichts
und trotzdem hat man beobachtet, dass die energieformen nicht beliebig ineinander umwandelbar sind und auch nicht jede energie arbeit leisten kann
das hat dann zur entropie und dem 2. hauptsatz geführt

also, der prinzipielle fehler, der den daraus folgenden aussagen das fundament entzieht ist der, dass die gesamtenergie im abgeschlossenen system nicht per definition konstant sei

das geht haarscharf am punkt vorbei. du bewegst dich immer in den modellgleichungen. die sind tautologisch. der erste hauptsatz folgt tatsächlich tautologisch aus den anfangsbedingungen die man setzt, sonst könnte man ihn ja nicht ableiten.
das heisst aber nicht dass die aussage dass der satz immer gilt tatutolgosch wäre. denn die eigentliche aussage des ersten hauptsatzes erhält man ja mittels induktion. lässt sich ein ding einmal so beschreiben lässt es sich immer si beschreiben. das ist nicht tautolgisch und dass etwas dem ersten hauptsatz folgt ist eine erfahrung, die ergibt sich nicht aus irgendetwas anderem logisch zwingend.

der 1. hauptsatz schließt nicht aus, dass es so etwas geben kann, was landläufig ein perpetuum mobile darstellt

das ist eine merkwürdige formulierung. der erste hauptsatz ist die behauptung dass es soetwas nicht geben kann. das ist ein unterschied zum ausschliessen wenn man es logisch zwingend versteht und nicht eben als reine behauptung.

falls es aber so ein ding einmal gäbe, müsste die zahl der bekannten formen von energie wieder einmal erweitert werden, so wie dies früher schon geschah

wäre es ein echtes perpetuum mobile könnte man das nicht anpassen.
denn, würde man tatsächlich nichts reinstecken könnte man das auch nicht als neue form der energie betrachten. insofern, wenn du die formulierung mit dem abgeschlossenen system wählst, ist das der erfahrung offen. es muss weder so noch so sein.

in gewisser weise hast du recht dass neue erfahrungen natürlich in alte modelle integriert werden. zumindest versucht man es. das muss aber keineswegs funktionieren. und in dem sinne würde der erste hauptsatz eben sagen dass das immer funtkionieren wird. und umgekehrt deutet man rückwirkend um wenn etwas nicht zueinanderpasst. dann sagt man eben: gut, das ist eben auch ne form der energie. aber irgendwas muss dann schon da sein, messbar.

deine argumentationslinie mit der energiedefinition kommt mir ein bisschen vor wie die kritik an der konstanz der lichtgeschwindigkeit. die lichtgeschwindigkeit ist heute tatsächlich konstant in ihrem wert definiert.
das heisst aber nicht dass die konstanz der lichtgeschwindigkeit nicht ein erfahrungswert sei und dass man es nicht merken würde wenns mal anders wäre, bzw sich das einfach zurechtbiegen liesse.

ich will nochmal auf deine rappen hinaus. denn der vergleich zeigt meiner meinung nach dass du da was verwechselst. gleichungen in axiomatischen systemen sind immer tautologisch. wahre sätze der logik sind tautologisch, mathematische sätze auch. wenn ich aus meinen mechanischen/themrodynamischen basisannahmen nun die mathematische formulierung des ersten hauptsatzes ableite, dann ist das natürlich eine tautologie und beruht natürlich so gesehen allein auf den annahmen.
das heisst aber nicht dass die annahmen tatsachen entsprechen und damit ist auch offen ob abgeleitetes den tatsachen entspricht. die logische notwendigkeit bezieht sich keinesfalls darauf dass sich ein abgeschlossenes system auch so verhält wie vorhergesagt. ansonsten wäre naturwissenschaft keine empirische wissenschaft sondern eine rein theoretische. der erste hauptsatz stellt eine behauptung auf, nämlich dass in einem abgeschlossenen system die energie konstant bleibt, in jeglicher form. das muss eben nicht so sein. dass es so ist ist gerade die erfahrung aus der entwicklung der verallgemeinerung des verständnisses der energie.

gruss

 

[mmark]

AW: perpetuum mobile

nun, der 1. HS der thermodynamik ist keine erkenntnis, sondern eine definition,und die gültigkeit einer definition widerlegen zu wollen ist unsinnig

nochmal dazu. das ist richtig. man kann eine defintion als solche nicht widerlegen weil sie eine willenserklärung ist. die welt unterliegt aber nicht meinem willen.
ob sich ein reales system immer so verhält dass ich es sobeschreiben kann wie ich es erklärter massen will, das steht in den sternen, bzw ist eine frage der erfahrung.
es ist einfach ein unterschied ob sich etwas in meinem modell so und so verhält oder ob ich sage dieses reale ding hier verhält sich wie das in meinem modell.
modelle sind in der physik in der regel mathematisch. ableitungen von gegebenheiten macht das, wenn keine neuen annahmen dazukommen, tautologisch. alle ableitbaren wahren sätze sind in den annhamen enthalten.
und sind so gesehen keine aussagen weil sie ja immer wahr sind. wenn ich dann aber behaupte dass sich die welt so beschreiben lässt, dann ist das keine tautologie mehr. denn ereignisse sind nicht logisch verknüpft.
wird deutlich was ich meine?

gruss

 

[Benjamin]

1. HS - Definition oder Erkenntnis

Hallo zusammen!

der 1. HS der thermodynamik ist keine erkenntnis, sondern eine definition,und die gültigkeit einer definition widerlegen zu wollen ist unsinnig

Der 1. HS ist keine Definitionsfrage, sondern eine durch die Erfahrung bestätigte Erkenntnis!

In dieser Frage stimme ich Hartmut zu. Der 1. HS ist meines Erachtens keine Definitionsfrage, sondern eine Erkenntnis. Sehen wir es einmal so: Ist es eine Erkenntnis, dass der zurückgelegte Weg im freien Fall mit dem Quadrat der Zeit zunimmt, oder ist es eine Definition?
Ich denke, es handelt sich hierbei um eine Erkenntnis und nicht um eine Definition.

Der Begriff "Energie" mag vielleicht eine Definition sein, so wie der Begriff "Rappen" eine Definition ist. Ebenso halte ich den Begriff "abgeschlossenes System" für eine Definition. Aber dass die Energie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt, ist meiner Ansicht nach eine Erkenntnis.

Man mag nun einwerfen, dass sich "Energie" und "abgeschlossenes System" über den 1.HS definieren und somit der 1. HS selbst eine Definition ist. Das ist aber nicht richtig. Die Begriffe "Energie" und "System" gab es schon vor dem 1. HS.
Der 1. HS ist meines Erachtens die Formulierung einer Gesetzmäßigkeit, nämlich die, dass sich Energie (ungleich schwarzer Pferde ) nicht vermehren kann. Das ist eine Erkenntnis und keine Definition.

liebe Grüße
Ben

 

[Muzmuz]

AW: perpetuum mobile

hallo,

vielleicht könntest du die 3 definitionen, so wie du sie verstehst, hier niederschreiben:
Energie,
Abgeschlossenes System,
1 HS der Thermodynamik

dann siehst du vielleicht die Tautologie

zur Lichtgeschwindigkeit:
tatsächlich ist es so, dass sie konstanz der lichtgeschwindigkeit zuerst gemessen, und daraus ein theoriekonstrukt abgeleitet wurde

mit der energie verhält sich das anders
zuerst hat man etwas gemessen, daraus eine konstanz herausgerechnet, und daraus eine thermodynamische zustandsgröße, die auch eine erhaltungsgröße ist, gemacht
diese konstanz wurde verletzt, aber damit wurde der energieerhaltungssatz nicht falsifiziert, sondern es wurden neue formen von energien entdeckt/gefunden/dazudefiniert
so ist es auch noch heute
wird in einem system eine variable gesamtenergie beobachtet (und messfehler ausschließen kann), dann spricht man nicht von falsifizierung des 1. HS, sondern von einer (noch) unbekannten, neuen form von energie, die jenen überschuss oder fehlbetrag ausgleicht
muss ja auch so sein, denn die energie muss ja laut definition konstant bleiben
(was du ja abstreitest)
überprüfbar und ggf auch falsifizierbar ist, ob beispielsweise die mechanische energie konstant bleibt
das wurde auch beobachtet, aber die mechanische energie ist nicht die gesamtenergie, es gibt ja auch noch beispielsweise wärme
dann kann beobachtet werden, ob die kinetische + wärmeenergie konstant bleibt
auch das ist schon falsifiziert worden, denn es gibt ja auch beispielsweise elektrische energie
u.s.w.
es gibt mittlerweile etliche formen von energien, die man einzeln messen kann
Epot, Ekin, Eelek, Enuc, Estr, etc...
man kann prinzipiell untersuchen, ob die summe der bekannten energien konstant ist oder nicht, und diese summe muss mitnichten konstant bleiben
das sagt der 1. HS nicht aus, aber nur diesen umstand kann man überprüfen
der 1.HS sagt aus, dass sie GESAMTenergie konstant bleibt
da wir aber bei messungen nicht überprüfen können, ob wir mit den bekannten energien alle energieformen berücksichtig haben, bleibt die überprüfung aus
ist aber auch kein problem für den 1.HS, denn dieser spricht ja von der gesamtenergie, also den bekannten UND den möglichen unbekannten formen
die summe beider ist jedoch immer konstant, und das nach definition
daher gibt es auch keine definition von energie, zu zutreffend UND anschaulich ist
die energie ist eben rein abstrakt und hat ihren sinn in der konstanz

mehr oder minder off-topic, zur lichtgeschwindigkeit:
deren konstanz ist ja keine definition, sondern ein resultat von messungen
daher kann auch diese konstanz prinzipiell widerlegt werden
geschwindigkeit wurde ja unabhängig von licht definiert
in naher zukunft (ich weiss nicht mehr, ob 2008 oder 2010) wird ein satellit losgeschickt, der diese konstanz überprüfen soll
denn es gibt theorien zur entstehung und beschreibung des universums, deren folgerung wäre, dass die lichtgeschwindigkeit in geringem umfang von deren wellenlänge abhängt
diese varianz wäre so mickrig, dass sie durch die bisherigen messungen nicht festgestellt werden konnte
dieser satellit nimmt aber etliche milliarden lichtjahre entfernte ereignisse auf und guckt, ob die verschiedenen wellenlängen zu unterschiedlichen zeitpunkten ankommen
über diese entfernungen würde sich der effekt so verstärken, dass ihn der satellit messen könnte, wenn er denn existiere

lg,
Muzmuz

 

[Benjamin]

ist aber auch kein problem für den 1.HS, denn dieser spricht ja von der gesamtenergie, also den bekannten UND den möglichen unbekannten formen
die summe beider ist jedoch immer konstant, und das nach definition

Nein, eben nicht nach Definition, sondern nach Erkenntnis. Wie gesagt: "Energie" mag eine Definition sein. Die formulierten Gesetzmäßigkeiten (wie zB. der 1. HS) aber, die die Energie einhält, sind Erkenntnisse und keine Definitionen! Energie kann sich nicht vermehren. Nicht aber weil Energie so defniert ist, sondern weil es die Natur nicht zulässt. Warum das so ist, vermag ein Physiker nicht zu sagen. Er kann nur sagen, das es so ist. Und das ist eine Erkenntnis, keine Definiton.

 

[Claus]

AW: perpetuum mobile

Nicht aber weil Energie so defniert ist, sondern weil es die Natur nicht zulässt. Warum das so ist, vermag ein Physiker nicht zu sagen. Er kann nur sagen, das es so ist. Und das ist eine Erkenntnis, keine Definiton.
__________________

das hängt aber auch mit der Definion zusammen, Benjamin.
Denn:

wenn Energie die Fähigkeit ist, Arbeit zu leisten (physikalische D.),

dann bedeutet es, daß man ohne irgendwo Energie herzunehmen keine Arbeit leisten kann.
Das ist nicht nur logisch, sondern die Erfahrung seit Jahrtausenden.

Robert Mayer, dem die Priorität für die Entdeckung dieses Sachverhaltes zugeschrieben wird, war nicht so recht in der Lage sich wissenschaftlich auszudrücken, er verdiente sich seinen Lebenunterhalt als Wundarzt und betrieb seine physikalischen Studien hobbymäßig und äußerte gelegentlich auch wilde Spekulationen und genoß keinen guten Ruf in Kreisen der Wisenschaftler. Sogar der damals schon berühmte Physiker Hermann von Helmholtz lehnte ihn ab,
obwohl eine bessere Formulierung der Erkenntnisse von Mayer durch Helmholtz dann als Erster Hauptsatz der Wärmelehre einer der Grundpfeiler der Physik wurde.

Mayer sprach selbst über „die Erhaltung der Kraft“ und meinte damit Energie.

Darum sind Definitionen so wichtig.
Es gibt mehr Leute die über die „schlechten Energien“ ihres Nachbarn bescheid wissen, oder „Energie tanken“ bei einem Gebet oder einer anderen Meditationsübung,
als Leute, die über Energie im naturwissenschaftlichen Sinn sprechen.

Auch mit der Kraft verhält es sich so
„Pferdemist hat eine gute Dungkraft“
„im März hat die Sonne schon Kraft“
„er äußerte einen kraftvollen Gedanken“………….

sind Beispiele dafür, daß ohne Bezug auf die physikalische Definition sich jeder nach Belieben unter „Energie“ und „Kraft“ etwas anderes vorstellt.

Gruß von Claus

 

[Muzmuz]

AW: perpetuum mobile

Nein, eben nicht nach Definition, sondern nach Erkenntnis. Wie gesagt: "Energie" mag eine Definition sein. Die formulierten Gesetzmäßigkeiten (wie zB. der 1. HS) aber, die die Energie einhält, sind Erkenntnisse und keine Definitionen! Energie kann sich nicht vermehren. Nicht aber weil Energie so defniert ist, sondern weil es die Natur nicht zulässt. Warum das so ist, vermag ein Physiker nicht zu sagen. Er kann nur sagen, das es so ist. Und das ist eine Erkenntnis, keine Definiton.

lieber benjamin,

die physikalischen größen sind gedankliche konstrukte, um die welt mit ihren phänomenen zu verstehen
dabei werden die konstrukte so konzipiert, dass sie einen sinn haben
der sinn der energie lebt und fällt mit ihrer konstanz
weil der wert der energie konstant bleibt, macht energie sinn

ich könnte eine neue größe definieren, sie quitzlopochtli nennen (denn quitzlipochtli ist schon anderweitig vergeben), und sie entspricht Qu=(3/2*E)^2-2*(m*a*s)^2

E=energie, m=masse, a=beschleunigung, s=weg, und ihre einheit ist quadratjoule

quitzlopochtli ist numehr genauso sehr existent oder nicht existent wie energie, leistung, arbeit, enthalpie, etc....
warum musste die welt aber erst auf mich warten, um diese größe zu erschaffen ?
die antwort: weil sie keinen sinn hat !
man kann damit nichts vernünftig beschreiben
in einem system hat Qu einen wert, aber dieser wert sagt wenig aus, man kann damit nichts sinnvolles anfangen oder dadurch verstehen

die energie wurde so definiert, dass sie einen sinn hat
man weiss zwar nicht, welche formen von energie überhaupt existieren (man kennt einige, vermutet einige, und wahrscheinlich existieren auch formen, die man sich nicht einmal erträumen lassen kann), aber eine eigenschaft ist der energie gewiss und per definition zugeschrieben: sie ist in einem abgeschlossenen system konstant
ihre konstanz hilft uns beim verständnis der welt und ist das a&o der energie

lg,
Muzmuz

 

[Benjamin]

AW: perpetuum mobile

aber eine eigenschaft ist der energie gewiss und per definition zugeschrieben

Muzmuz, ich stimme dir durchaus zu, dass "Energie" ein definierter Begriff ist. Das sagte ich ja auch schon. Diese Definition wurde eingeführt, weil sie für den Menschen sinnvoll und nützlich ist.
Aber dass Energie in einem System immer konstant bleibt, das ist keine Definition, sondern eine Erkenntnis. Man definierte Energie und erkannte, dass sie sich nicht vermehren kann und nicht verloren gehen kann. Diese Erkenntnis ist im 1. HS formuliert. Es ist eine Gesetzmäßigkeit, die der Mensch erkannte. Und nicht eine Gesetzmäßigkeit, die er definierte.

das hängt aber auch mit der Definion zusammen, Benjamin.

Definitionen sind wichtig, da gebe ich dir Recht, Claus! Muzmuz meinte aber, es wäre unsinnig den 1. HS widerlegen zu versuchen, weil es sich dabei um eine Definition handle. Was ich aber bestreite. Denn würde es tatsächlich jemanden gelingen, Energie aus "nichts" zu gewinnen, dann wäre der HS widerlegt, ohne dabei die Definition von Energie zu verletzen.
Ich bin der Meinung, der 1. HS kann deshalb nicht widerlegt werden, weil wir aus Erfahrung wissen, dass das nicht möglich ist.

Und auch wenn man "Energie" anders definieren würde, so würden sich die Gesetzmäßigkeiten der Natur trotzdem nicht ändern und ein Perpetuum Mobile wäre deshalb auch noch nicht möglich.
Es ist nicht die Definition der Konstanz von Energie, die es uns nicht möglich macht, ein solches Gerät zu schaffen, es ist die Erfahrung und die daraus gewonnene Erkenntnis, welche uns sagen, dass so etwas nicht möglich ist.

mfg
Ben

 

[Muzmuz]

AW: perpetuum mobile

lieber benjamin,

welche thermodynamische definition hätte denn energie gehabt, bevor sie als konstant beschrieben wurde ?
was ist mit den vielen energieformen, die man früher noch nicht kannte ?
welchen sinn hatte die einführung der größe energie, wenn da nicht ihre systemkonstanz wäre ?
es ist nicht üblich, dass man wild eine größe definiert, und dann ihre eigenschaften untersucht
es ist umgekehrt, man beobachtet eine eigenschaft bzw ein bündel von eigenschaften, versucht sie algorithmisch zu komprimieren, und gibt einigen
dann namen (salopp gesagt jenen, die es "wert" sind )
so war's ja auch mit der entropie
es wurde nicht erst entropie definiert und dann untersucht
"jö schau, die wird ja immer größer, cool ! jetzt stellen wir den 2. hauptsatz auf"
sondern nein, es gab einen haufen funktionen, die nicht benannt waren, und man untersuchte diese
eine, die später entropie genannt wurde, wies eine spezielle eigenschaft auf (nämlich, dass der wert der funktion im system nie abnimmt), und diese
funktion bekam einen namen
der begriff entropie wurde dann mit den eigenschaften dieser funktion definiert

lg,
Muzmuz

 

[Benjamin]

nun, der 1. HS der thermodynamik ist keine erkenntnis, sondern eine definition,und die gültigkeit einer definition widerlegen zu wollen ist unsinnig

Es geht doch nicht um die Energie und ihre Definition. Muzmuz, du meintest, der 1. HS sei eine Definition. Ich meine, "Energie" ist eine Definition und der 1. HS eine Erkenntnis. Um diese Erkenntnis zu formulieren, mussten Definitionen formuliert werden. Das macht die Erkenntnis selbst jedoch nicht zur Definition.

Und die Gültigkeit einer Erkenntnis lohnt sich immer zu hinterfragen und gebenenfalls zu widerlegen. Würde man z.B. tatsächlich den 1. HS widerlegen können, so müsste deshalb noch nicht automatisch die Definition der Energie (kg*m²/sec²) aufgegeben werden.
Meines Erachtens ist der 1. HS ganz klar eine Erkenntnis und keine Definition.

mfg
Ben