Entropie ist ein Schlüsselbegriff in der Physik. Ich unterscheide verschiedene Physiklehren anhand des jeweiligen Entropie-Begriffes: Entropie in meiner Physik Entropie im Karlsruher Physikkurs Entropie in der konventionelle Physik

Entropie im Karlsruher Physikkurs

Entropie ist ein von R. Clausius geprägtes Kunstwort, das in verschiedenen Kontexten und Lehren (Thermodynamik, Kommunikationstheorie, ..) verschieden verwendet wird. R. Clausius verwendete es 1855 in seiner Formulierung des "Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik", für das Phänomen, dass bei "Energieumwandlung" immer ein Teil verloren geht, obwohl die Energie insgesamt erhalten bleibt. N. Carnot untersuchte 1824 die Wärmemengen in sogenannten Dampfmaschinen und erkannte, dass immer ein Teil der Wärme verloren geht. Hier geht es nicht um die Etymologie des Wortes, sondern um eine Physikgeschichte. Die Entwicklung der Dampfmaschine von T. Newcomen (1712) und J. Watt (1765) ist nicht aufgrund von Physik, sondern trotz der Physik passiert. Die altgriechischen "Philosophen" kannten die Dampfmaschine auch, aber sie hatten keinen Anlass, sie zu beobachten. Nachdem sich die Dampfmaschine in der industriellen Produktion durchgesetzt hatte, konnte sie von den Physikern aber nicht mehr verdrängt werden. Sie musste ihre Physik erheblich umstellen und unter anderem Energie von Kraft unterscheiden und als Grösse einführen. Dabei entstand auf der sprachlichen Ebene viel Konfusion, die auch in der Quantenphysik erhalten blieb. Insbesondere mussten sie die Reversibilität aufgeben ... In einer verbreiteten umgangssprachlichen Verwendung ist oft von einem Mass oder einer Grösse für Unordnung die Rede. Ich verwende den Ausdruck Entropie homonym, weiss aber noch nicht wie. Der Physiker Leon Cooper führt Schwierigkeiten, den Begriff der Entropie zu verstehen, im Wesentlichen auf die Wahl des falschen Begriffes durch R. Clausius zurück: "...anstelle den Namen dem Körper der zeitgenössischen Sprachen zu entnehmen, gelang es ihm, ein Wort zu prägen, das für Alle dieselbe Sache bedeutete: Nichts." R. Clausius begründete seine Wortwahl damit, dass er alte Sprachen für wichtige wissenschaftliche Grössen bevorzuge, weil sie in alten Sprachen für alle dasselbe bedeuteten. Und C. Shannon wählte anstatt des von ihm ursprünglich angedachten Begriffs der Ungewissheit (uncertainty) den Begriff der Entropie für die Informationstheorie, weil er eine wohl etwas ironisch gemeinte Idee von J. von Neumann übernahm: "… niemand weiss, was Entropie wirklich ist, also wird man in der Debatte immer einen Vorteil haben." [ ]   ==========Die zentrale Aussage (Lehre) der "Physik der dynamischen Systeme" ist, dass man zwei EnergieMENGEN - die im typischen Schema grün und rot eingezeichnet sind - unterscheiden, separat betrachten und aufeinander beziehen muss. Eigentümlicherweise heissen die EnergieMENGEN im Fall von Wärme "Entropie" (rot) und "Energie" (grün). Die Energie bleibt konstant, die Entropie fliesst, solange ein Gefälle in der Temperatur vorhanden ist. ==================

Ein guter Kontext ist die Didaktik, die Unvorstellbares auf Anfängerniveau bringen muss:

Im Anfängerunterricht stehen nun die mengenartigen Grössen, die die verschiedenen Energietransporte charakterisieren, noch nicht zur Verfügung. Stellvertretend für physikalische Grössen wird man daher als Energieträger zunächst strömende Stoffe bezeichnen. So wird beim Energietransport in einem Zentralheizungsrohr zunächst nicht die Entropie als Energieträger bezeichnet, sondern das warme Wasser. Oder beim Energietransport durch eine Gasleitung sagen wir nicht, die Energie werde von Stoffmenge getragen, sondern vom Erdgas (Karlsruher Physik:17).

Entropie ..

• in der Kommunikationstheorie

  als Mass für den Informationsgehalt. C. Shannon hat in seiner Theorie den Informationsgehlt mit einer Formel definiert. W. Weaver hat sie dann anhand eines Kartenspiels veranschaulicht. Ein Datum hat einen Informationsgehalt, der als eine Anzal Bit angegeben wird. 5 Bit bedeutet mehr Information als 3 Bit und in der Shannon-Redeweise eine höhere Entropie. Ich muss mehr Fragen stellen, wenn ich die Antwort nch nicht weiss, was Shannon als höhere Unordnung begriffen hat. Wenn ich herausfinden muss, was mein Gegenüber für eine Spielkarte gezogen hat (und ich weiss, dass es sich um eine Karte eines Pokerspiels mit 52 Karten (vier Farben (♣ Kreuz ♥ Herz ♠ Pik ♦ Karo) und dreizehn Werten (2 bis 10 − Bube − Dame − König − Ass), handelt), kann ich blindling raten oder systematisch Fragen stellen: rot oder schwarz, dann Herz oder Karo, dann 2-8 oder grösser, dann grösser als 4, dann grösser als 2, dann 3 oder 4. Ich brauche also 6 Fragen. Jede Karte hat in diesem Sinn einen Informationsgehalt von 6 Bit

• in der Thermodynamik

  für eine physikalische Grösse Entropie ist der Stoff, der von einem Körper in einen anderen geht, wenn die Temperatur im ersten abnimmt und im zweiten zunimmt. Das dabei Verlust anfällt ist eine separate Sache, die nicht als Entropie bezeichnet wird, es sei denn, ich will genau diesen Übergang beschreiben: Ein heisser Gegenstand gibt Entropie an die Luft ab. Gemeihin spreche ich von Wärme, aber nicht in der Physik. Entropie wird erzeugt, übertragen und gespeichert: Welches sind die Prozesse mit der grössten Entropieerzeugung? Es herrschen oft falsche Vorstellungen darüber, bei welchen Vorgängen viel und bei welchen wenig Entropie erzeugt wird. Der weitaus bedeutendste Entropieerzeugungsprozess auf der Erde besteht in der Absorption des Sonnenlichts. Die Erde enthält aber auch riesige Mengen im Innern.

  Dem Gas steht nach dem Entfernen der Zwischenwand ein größerer Raum zur Verfügung. Es existieren nach der Expansion also mehr Mikrozustände und das System besitzt eine höhere Entropie.

Entropie-Formel (wikibooks) erklärt die Formel und den Logarithmus

10. Entropie und Entropieströme

Entropie, elektrische Ladung und Impuls sind extensive Größen,
Temperatur, elektrisches Potential und Geschwindigkeit die zugehörigen „energiekonjugierten“ intensiven.
An dieser Gegenüberstellung erkennt man, dass die Entropie für die Wärmelehre so wichtig ist, wie die elektrische Ladung für die Elektrizitätslehre und der Impuls für die Mechanik.
Und Entropieströme spielen in der Wärmelehre eine ebenso wichtige Rolle wie elektrische Ströme in der Elektrizitätslehre und Kräfte (Impulsströme) in der Mechanik. Es ist daher konsequent, die Wärmelehre mit der Entropie zu beginnen. Wärmelehre ohne Entropie ist nur ein Notbehelf. (Herrmann, KPK:60)

Die Zustandsgröße Entropie als Wärmemass
Die Vorstellung, die Entropie sei eine schwierige Größe, man könne sich nur schwer eine Anschauung von ihr bilden, ist weit verbreitet. Sie trifft sicher zu, wenn man die Entropie auf die Clausiussche Art einführt. Führt man sie statistisch ein, so ist es leichter, sich eine Anschauung von ihr zu bilden, nämlich als Mass für die mikroskopische Unordnung eines Systems. Allerdings ist diese Anschauung für das Lösen praktischer Probleme nicht sehr nützlich.
Wir haben daher einen dritten Weg für die Einführung der Entropie gewählt, einen Weg, der auf Callendar (1911) zurückgeht und von Job (1972) und Falk (1985) ausführlich beschrieben und begründet wurde. Er beruht auf der Einsicht, dass die Eigenschaften der physikalischen Grösse Entropie sehr gut mit den Eigenschaften des umgangssprachlichen Begriffs „Wärme“ oder „Wärmemenge“ übereinstimmen. Diese Übereinstimmung ist so gut, dass man behaupten kann, dass es kaum eine andere physikalische Grösse gibt, für die wir aus unserer gewöhnlichen Erfahrung eine so gute Anschauung haben.