Dieser Artikel ist eine Zusammenfassung des Materials zu Energie und Entropie aus dem Buch "Die Schlacht am Schwarzen Loch".
Energie kann ihre Form ändern. Kinetische, potentielle, chemische, elektrische, nukleare und thermische sind nur einige der Energieformen. Es ändert sich ständig von einer Form zur anderen, aber eines bleibt unverändert: Die Gesamtsumme über alle Energieformen ändert sich nie.
Schauen wir uns ein Beispiel an. Ein massives Objekt, zum Beispiel einen Stein, auf einen Hügel heben. Bevor Sie mit dem Heben beginnen, können Sie sich mit Essen erfrischen. Lassen Sie den Stein nach dem Anheben los und rollen Sie ihn unter dem Einfluss der Schwerkraft herunter. Folglich wird chemische Energie (Lebensmittel) in potentielle Energie und dann in kinetische Energie umgewandelt. Aber was passiert mit kinetischer Energie, wenn der Stein herunterrollt und stoppt? Es wird zu Wärme, von der ein Teil in die Atmosphäre und ein Teil in den Boden gelangt ist. Voller Zyklus: chemisch => potentiell => kinetisch => thermisch.
Einstein hat gezeigt, dass Masse Energie ist. Damit meinte er, dass jedes Objekt latente Energie enthält, die durch Änderung seiner Masse extrahiert werden kann. Beispielsweise zerfällt ein Urankern spontan in einen Thorium- und Heliumkern. Zusammen wiegen sie etwas weniger als das ursprüngliche Uran. Diese überschüssige Masse wird in kinetische Energie von Thorium- und Heliumkernen sowie mehreren Photonen umgewandelt. Wenn Atome langsamer werden und Photonen absorbiert werden, wird die überschüssige Energie zu Wärme.
Wärmeenergie ist die mysteriöseste von allen. Vor dem Aufkommen der modernen molekularen Theorie der Wärme betrachteten Physiker und Chemiker sie als eine Substanz, die sich wie eine Flüssigkeit verhält. Es wurde angenommen, dass es von heißen zu kalten Objekten fließt, heiße kühlt und kalte heizt.
Aber Wärme ist eine Form von Energie. Um dies zu veranschaulichen, machen wir ein Gedankenexperiment. Wenn Sie in heißem Wasser auf die Größe eines Moleküls schrumpfen, können Sie sehen, wie Wassermoleküle zufällig und schnell miteinander kollidieren. Wenn das Wasser abkühlt, bewegen sich die Moleküle langsamer. Wenn sie auf den Gefrierpunkt abgekühlt werden, bilden die Moleküle zusammen einen festen Kristall. Trotzdem zögern sie. Wenn die gesamte Energie entzogen wird, hören die Moleküle auf zu vibrieren (wenn Sie Quantenschwankungen nicht berücksichtigen), und in diesem Fall erreicht die Temperatur den absoluten Null-Kelvin-Wert oder minus 273,15 Grad Celsius.
Das Prinzip der Energieerhaltung während ihrer Umwandlung zwischen verschiedenen Formen wird als erster Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet .
Entropie
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