AW: perpetuum mobile
hallo muzumuz und alle anderen leser,
mit dem "fast" kannst du aber kein argument stricken. denn mit prima facie verletzungen kann man eben nicht argumentieren.
du kannst natürlich machen was du willst. abqualifizierend argumentiert hast du selbst. es geht auch nicht um irgendein siegen sondern darum dass du deine kesse behauptung nicht untermauern konntest. keinen anderen konntest du damit überzeugen. und wenn du nicht streiten willst kannst du ja einfach aufhören alle anderen meinungen als schülerniveau abzuqualifizieren. was ohnehin wenig glaubhaft ist.
und dabei gehts um folgendes:
dass die sätze der thermodynamik der erfahrung entspringen und nicht automatisch per definition wahr sind oder tautologisch zu definitionen ist kein e schulbuchmeinung sondern ganz normale lehrbuchmeinung. hat mit schule nichts zu tun. ich hab nie irgendeine energie derart definiert, der einzige der das tatsächlich so gemacht hat warst du. das ist einfach so. abgesehen davon ist die formulierung kraft mal weg ja nicht so falsch oder unzureichend wie du es hier darstellen möchtest.
wenn du nicht persönlich argumentieren willst, warum tust dus denn dann in dieser form? die frage um dies hier geht wird explizit angesprochen in lehrbüchern mit genau diesem fragehintergrund. der vorwurf, denn es ist ein vorwurf für eine empirische wissenschaft, der gültigkeit per definition, ist ja keine neue erfindung. von einfachem herunterleiern von auswendiggelerntem kann also keine rede sein.
abgesehen davon, ich weiss nicht wie das in östrerreich ist, hier in süddeutschland bin ich mir sehr sicher dass thermodynamik nicht behandelt wurde in der schule. jedenfalls nicht in dieser art und weise. ich bin mir auber auch sehr sicher dass wir integrale schon verwendet haben...
seis drum. im folgenden, wohl nicht für dich denn du willst ja nichts mehr sagen, aber doch vielleicht für den einen oder anderen der das liest ein paar lehrbücher und deren aussage dazu behandeln.
als erstes wohl den baehr, lehrbuch der thermodynamik:
der führt die hauptsätze nach gut phänomenologischer art und weise als postulate ein, die "nicht sich nicht - wie der energiesatz der mechanik - aus anderen grundlegenderen sätzen der physik ableiten lassen, sondern ihrerseits einen fundamentalsatz bilden, der nur an seinen experimentell überprüfbaren folgerungen falsifiziert werden könnte."
er weisst darauf hin dass das mit diesem ziel noch niemand gemacht hat sondern alle anderen experimente mit der prämisse der gültigkeit dieser sätze entworfen und ausgewertet werden. beispielhaft zeigt er ein krasse beispiel, das natürlich wie muzmuz richtig behauptet zeigt dass man die gültigkeit annimmt und den rest dazu passen dmacht, nämlich die postulierung von neutrinos zur aufrechterheltung des energiesatzes beim betazerfall. er weist aber eben auch ausdrücklich darauf hin dass auch dieses "kühne" postulat (ich denke er ist ein freund poppers) experimentell bestätigt werden konnte.
d.h. der satz entspringt der erfahrung und seine vorhersagen werden experimentell bestätigt. das ist alles was man erwarten kann. das ist genau das was man unter einer eperimentellen bestätigung versteht, maximal verstehen kann, wie muzmuz auch ausgeführt hat, denn messgrössen sind beschränkt.
weiter macht er wie üblich, er postuliert die existenz einer zustandsgrösse energie und die gültigkeit der erhaltung etc pp. richtig ist dass die sätze in der thermodynamik deswegen allein schon gelten. denn sie sind postulate des modells der thermodynamik. falsch ist dass sie sich deswegen in der wirklichkeit nicht beweisen müssten. ich hoffe das wurde daraus klar.
----
ein anderes lehrbuch der thermodynamik von stephan und mayinger:
die beiden sagen dass der energieerhaltungssatz der mechanik nicht bewiesen werden kann, also erfahrungstatasache ist. (einwerfend kann man mal sagen dass es eigentlich irrelevant dafür ist dass sich eine aussage der naturwissenschaften empirisch beweisen muss ob man diese aussage nun postuliert oder formal ableitet. die formale ableitung ist logisch zwingend, es gibt keinen grund warum sich die wirklichkeit daran halten sollte. unsere erwartungshaltung hängt damit natürlich(aus erfahrung wiederum) stark zusammen)
jedenfalls ist auch ihre aussage zum ersten hauptsatz klar:
"jedes system besitzt eine extensive zustandsgrösse energie. sie ist für ein abgeschlossenes system konstant.
diesen satz bezeichnet man als den ersten hauptsatz der thermodynamik. er ist ein erfahrungssatz, kann also nicht bewiesen werden und gilt nur deshalb, weil alle schlussfolgerungen, die man bisher aus híhm gezogen hat, durch die erfahrung bestätigt werden."
man beachte auch hier die unterschiedliche bedeutung von beweisen und gelten. einmal ist eine formale ableitung gemeint, das andere mal die übereinstimmung mit dem experiment. durch die enge verbindung der physik mit der mathematik läuft das ständig quer.
danach machen sie so kecke umbenennungen wie l als arbeit und w als geschwindigkeit damit sich ganz sicher kein naturwissenschaftrler mehr zurechtfinden kann...
-----
der gerthsen darf natürlich nicht fehlen:
ganz klar, hier entspringt der hauptsatz natürlich auch der erfahrung. er spricht etwas nebulös von der jahrhundertelangen erfahrung der patentämter...ich bin mir gar nicht so sicher dass es patentämter schon seit jahrhunderten gibt...aber seis drum. er spielt ja damit genau auf das an was hier ausgang war, nämlich dass noch heute ständig konstruktionen solcher angebich den hauptsatz verletzender maschinen eingereicht werden.
wirklich genau ist der gerthsen in seinen formulierungen nicht scheint mir.
anschliessend ist aber erwähnt wie das mechanische wärmeäquivalent berechnet wurde. es ist und bleibt einfach eine erfahrungstatsache. natürlich immer auch auf der basis des jeweligen modells. das ändert ja aber nichts.
-----
hänsel und neumann schreiben in ihrem lehrbuch der physik zur phänomenologischen thermodynamik:
"alle bisherigen thermodynamischen untersuchungen zeigten, damm mn die thermodynamischen eigenschaften physikalischer systeme in voller übereinstimmung mit der experimentelln erfahrung beschreiben kann, wenn man die hauptsätze der thermodynamik zugrunde legt. "
die hauptsätze werden hier, phänomenologische thermodynamik, wie üblich axiomatisch eingeführt.
das nennt man dann erfahrung.
sie weisen auch darauf hin dass die übliche mathematische formulierung nur gilt für den spezialfall abgeschlossener phasen. aber vielleicht sollte man überhaupt mal anmerken dass auch allgemeingültigkeit nur im jeweiligen rahmen gilt. man würde nicht fertig werden den explizt in allen einzelheit darzustellen weil das nicht geht. so merkt jeder das an was ihm gerade einfällt, andere eben für selbstverständlich halten....man muss immer bedenken dass es hier um empirische wissenschaft geht und ohnehin alles auch experimentell definiert werden muss. man muss zweigleisig fahren. alein der messvorgang selbst zeigt das: basiert das messen ganz allgemein im ophysikalischen sinn auf einem streckenvergleich so basiert es im zugehörigen mathemtischen modell einfach auf dem satz des pythagoras. man kann also nicht falsch mathematisch messen, physikalisch sehr wohl. dass beides äquivalent zu behandeln ist, ich also physikalisch messe, diese ergebnisse im modell verwende und dieses modellergebnis wieder in physikalisches messen übersetzen kann, das ist der kern empirischer wissenschaft.
----
joos, lehrbuch der theoretischen physik:
in den vorbemerkungen zur thermodynamik und klassischen statistik steht richtigerweise dass man sich der thermodynamik eben von den zwei seiten nähern kann, der phänomenologischen (das ist ja die übliche wenn man so ohne weiteres darüber plaudert) bzw der statistisch atomistischen seite.
für die phänomenologische gilt wieder ganz explizit: "stützt sich auf einige wenige postulate, die aus der erfahrung stammen und nicht beweisbar sind."
die hauptsätze erführen eine tiefere interpretation und begründung in der statistisch atomistischen betrachtungsweise. das ist richtig, zumindest aus diesem wissen heraus, die erfahrungstatsache selbst ändert das aber nicht.
----
rebhan, theoretische physik:
auch ein pnänomenologischer betrachtungsansatz. betont wird die wichtigkeit der experimentellen bestimmung des mechanischen wärmeäquivalenz für die aufstellung des ersten hauptsatzes...von wegen nicht aus erfahrung formuliert...
rebahns ausführungen sind in unserem zusammenhang hier von interesse weil er einer der wenigen ist die den ersten hauptsatz ableiten. und zwar auf historischem weg über den erfahrungssatz dass es kein perpetuum mobile erster art gibt. er präzisiert als er st diese begriffe und nimmt das als empirisch bestätigte tatsache und leitet dann den ersten hauptsatz daraus ab ganz analog wie man auch den energiesatz der mechanikm ableiten würde, wenn man das denn machen muss, nämlich über einen kreisprozess.
wichtig ist dass diese ableitung nur unter hinzunahme der empirischen tatsache der nichtexistenz und damit der modellhaften unmöglichkeit eines perpetuum mobiles funktioniert! von einer auf rein formalen definitionen beruhenden formalen ableitung ohne empirische bestätigung kann keine rede sein, auch wenn es auf den ersten blick so aussieht. deswegen wird normalerweise der satz vom perpetuum mobile und der erste hauptsatz ja äquivalent genommen, was im modell natürlich eine (offensichtliche) tautologie bedeutet. auch rebhan widerspricht also der muzmuzschen ansicht frontal.
----
zum schluss noch der fliessbach:
hier findet sich das experimentelle eher versteckt, er nähert sich dem auch eher statistisch als phänomenologisch. allerdings ist ja gerade die thermodynamik das bindeglied schlechthin zwischen der phänomenologie und der atimistischen betrachung der vorgänge dabei.
er leitet den ersten hauptsatz auch ab, aber eben aus experimentellen bedingungen.
grundsätzlich kann man experimentell aufteilen zwischen energieüberträgen bei denen aussere parameter wie volumen oder teilchenzahl konstant bleiben und übertragungen bei thermischer isolierung und gleichzeitiger änderung dieser äusseren prarameter.
da kommt man dann schnell auf den ersten hauptsatz, ich mach das jetzt nicht explizit. wichitg ist die fundierung in den experimentellen bedingungen. muzmuz erweckt den eindruck als wäre das alles ein glasperlenspiel und allein die definitionen führten schon zur notwendigen formulierung des ersten hauptsatzes.
mehrfach wurde darauf hingewiesen dass die phänomenologische thermodynamik quasi ein axiomatisches system ist ganz analog der newtonschen mechanik. ich würde mal von der frage absehen wollen ob das einer strengen mathematischen betrachtung standhält. tatsächlich ist es aber so dass ich einen axiomensatz immer durch einen anderen ersetzen kann. nämlich bestimmte axiome die vorher sätze waren während die früheren axiome jetzt sätze sind. das ist klar und man benutzt das um sich den jeweils praktischsten axiomensatz zurechtzuschustern. die ableitungsregeln mögen dabei auch noch variieren. die üblichen axiome in der thermodynamik sind nun mal die hauptsätze und deren einzige berechtigung besteht gerade deswegen in der übereinstimmung ihrer vorhersagen mit der erfahrung. ob man die unmöglichkeit des perpetuum mobiles nun voranstellt oder den ersten hauptsatz oder doe einfach als "äquivalent" bezeichnet, als alternative formulierungne oder wie auch immer. das ist letztlich irrelevant für die art und weise wie naturwissenschaft als empirische wissenschaft funktionieren muss.
der hinweis darauf dass man abstrakte grössen und zusammenhänge nicht direkt empirisch überprüfen kann ist zwar richtig. das meint aber auch niemand mit empirischer überprüfung. modell und empirische wirklichkeit sind nicht notwendigerweise kontinuierlich verbunden. nimmt man die wellengleichung der quantenphysik, dann hat man sich vollständig von der wirklichkeit in alltäglicher vorstellung gelöst. der wellengleichung entspricht nach allgemeiner auffassung keine physikalische sogenannte messgrösse. und auch das betragsquadrat wird "nur" als wahrscheinlichkeit interpretiert, die ist ganz sicher nichts konkreteres als die energie.
aber wie gesagt, das fängt schon ganz unten an. der druck ist definiert. messinstrumente benutzen genau diese definition um den druck zu ermitteln.
ist das deswegen ein zirkelschluss? in gewisser weise ja, in anderer nein. ein trugschluss wäre es wenn man glaubt dass der druck sich allein schon deshalb sinnvoll verwenden liesse weil man zur messung siene definition benutze. deswegen sind druckmessungen nicht per definition richtig.
entscheidend ist dass man vorhersagen macht aufgrund allegemeiner überlegungen. die müssen konkret sein. das nennt man dann empirische überprüfung. eine empirische "verifizierung" eines allgemeinen zusammenhanges gibt es tatsächlich nicht. das hat aber auch niemand gemeint, das wurde spätestens klar als das stichwort popper fiel. die gültigkeit allgemeiner sätze empirischer wissenschaften beruht auf der übereinstimmung daraus abgeleitetere konkreter vorhersagen mit experimentellen erfahrungen. dabei ist es relativ egal ob diese allgemeinen sätze nun formal abgeleitet sind oder nicht. denn sinnvolle logisch formale beschreibung ist ja selbst schon ein erfahrungswert.
auf gar keinen fall ist es allein deswegen unmöglich ein perpetuum mobile zu bauen weil man das formale modell der thermodynamik so ausgelegt hat dass das unmöglich ist. denn das ist zwar richtig. dass diese erfahrung aber diese allgemeingültigkeit besitzt ist nicht davon abhängig ob man ihr dies im modell zubilligt oder nicht sondern davon wie sich die wriklichkeit jedesmal aufs neue zeigt. wegen der annahmen auf denne die theroetische formulierung der thermodynamik beruht ist es tatsächlich unmöglich auf deren grundlage ein perpetuum mobile zu konstruieren. keinsfalls ist aber gesagt dass die themodynamik jede mögliche maschine richtig beschreibt. deswegen ist das alles erfahrung. und nicht nur eine frage der definition.
gruss
