2. Hauptsatz der Wärmelehre 

1. Hauptsatz Entropie

Es gibt zwei Arten von Vorgängen: 

reversible Vorgänge (umkehrbar) und irreversible Vorgänge (nicht umkehrbar).

Beispiel für einen irreversiblen Vorgang:

Diese Bilder lassen sich leicht in die richtige Reihenfolge bringen

Wenn ein Film des Aufpralls umgekehrt vorgeführt wird, bemerkt man sofort, dass es einen solchen Vorgang in Wirklichkeit nicht gibt. Beim Aufprall des Wagens, wird die gesamte kinetische Energie in ungeordnete Molekularbewegung umgewandelt und daher das Auto etwas erwärmt. Beim zeitlich umgekehrten Vorgang müsste sich das Fahrzeug von selbst abkühlen und dabei seine in thermische Bewegung gespeicherte Energie teilweise in kinetische Energie überführen. Dies steht aber im Widerspruch zum 2.Hauptsatz.
Sehen wir einen Film, in dem sich eine zerbrochene Tasse von selbst wieder zusammenfügt, so wissen wir sofort: der Film läuft rückwärts! Öffnen wir eine Flasche mit Parfüm, so verdunstet die Flüssigkeit und ihr Duft breitet sich im Raum aus. Niemals wird man den umgekehrten Vorgang beobachten, ein Hineinströmen der Duftpartikel in die Flasche. 

reversible Vorgänge:

Schaut man jedoch auf die elementaren physikalischen Vorgänge, z.B auf die thermische Bewegung der Moleküle, so haftet diesen keineswegs eine zeitliche Vorzugsrichtung an: Die Gesetze der Physik funktionieren auch bei einer Umkehr der Zeitrichtung. Mikroskopisch ließe sich also nicht feststellen, ob der Film vorwärts oder rückwärts läuft. 


Mit dem ersten Hauptsatz lassen sich die Vorgänge in der unbelebten und belebten Natur energetisch beschreiben, doch nicht alle Vorgänge, die danach möglich wären, laufen tatsächlich ab. Ein Gedankenexperiment soll das veranschaulichen. 

Gedankenexperiment: Ein Stein kühlt sich ab und springt auf einen Tisch.

Nach dem 1. Hauptsatz könnte der Stein vom Boden auf den Tisch springen. Er leistet dabei die Arbeit m.g.h . Die nötige Energie wird der inneren Energie
entnommen und der Stein kühlt sich ab.
Natürlich wurde dieser Vorgang noch nie beobachtet. 

Niemand, der ein Buch auf einem Tisch liegen sieht, würde erwarten, dass es spontan wie unter einem Schüttelfrost zur Decke hinauffliegen würde. 

Da die Abkühlung des Kaffees durch Temperaturanpassung an die Umgebung geschieht, kühlt der Kaffee so lange ab, wie die Umgebung noch kälter ist als er selbst. Sobald der Kaffee die Temperatur des Raumes erreicht hat, befinden sich Kaffee und Umgebung im thermischen Gleichgewicht.
Der umgekehrte Prozess “Raum heizt Kaffee auf”, d.h. der Kaffee wird wieder warm, wird nie beobachtet. Das bedeutet, es existiert eine Richtung für diesen Prozess: 

Der 2. Hauptsatz schränkt den 1. Hauptsatz ein, denn viele thermodynamische Prozesse finden "von selbst'' nur in einer Richtung statt, z.B.: 

a) Eine Wärmemenge geht spontan vom wärmeren Körper auf den kälteren über, nicht aber umgekehrt. 
b) Ein herabfallender Ziegel wandelt seine potentielle Energie schließlich in Wärme um, umgekehrt springt kein Ziegel unter Abkühlung aufs Dach! 
c) Es gibt keine periodische Maschine, die Meerwasser abkühlt und die entsprechende Wärmemenge vollständig in mechanische Arbeit umwandelt. Dagegen kann mechanische Energie vollständig in Wärme umgewandelt werden. 

Den 2. Hauptsatz kann man nun auf mehrere Arten formulieren.

a) Wärme fließt selbstständig nur von einem Körper höherer Temperatur zu einem Körper niederer Temperatur. 
Durch Energiezufuhr (Motor) ist auch der umgekehrte Vorgang möglich (Kühlschrank).

b) Es genügt nicht, Energie zu erhalten und somit den 1. Hauptsatz zu erfüllen. Eine Maschine, die unter Verletzung des 2. Hauptsatzes Arbeit verrichten würde, wird als „Perpetuum mobile der 2. Art" bezeichnet, da sie z. B. ständig Wärme aus einer kalten Umgebung entnehmen könnte, um in einer warmen Umgebung Arbeit zu verrichten. Es gibt kein  Perpetuum mobile zweiter Art  
Beispiele: Leifiphysik

http://www.geo.de/themen/technik_wissenschaft/perpetuum_mobile/index.html

c) Formulierung mit Hilfe der Entropie  
Entropie

Quellen:

http://magnet.atp.tuwien.ac.at/ts/fhpw/thermo.pdf

http://www.cond-mat.physik.uni-mainz.de/~metzger/preview/html/tour.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/seclaw2.html#c2

http://www.techfak.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/index.html

E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 03.08.2003