entropiproduktion

Entropieproduktion, oder Entropieproduktion im Deutschen, bezeichnet die intern erzeugte Entropie in einem System infolge irreversibler Prozesse. Sie unterscheidet sich von der Entropiezufuhr oder dem -abfluss durch den Austausch mit der Umgebung. Nach dem zweiten Hauptsatz kann die Entropie eines isolierten Systems nicht sinken, und für Systeme, die sich nicht im Gleichgewicht befinden, ist die Rate der Entropieproduktion größer oder gleich null.

In der Theorie der irreversiblen Thermodynamik wird die Entropieproduktionsrate oft mit der Summe der Produkte aus Flüssen und ihren konjugierten Antrieben beschrieben: sigma_dot = Σ_i J_i · X_i ≥ 0. Beispiele:

- Wärmetransport: Der Wärmefluss J_q und der konjugierte Treiber X_q ≡ ∇(1/T) führen zu Sigma_dot_q = J_q · ∇(1/T) ≥ 0. Bei einem einfachen Fourier-Gesetz J_q = -κ∇T ergibt sich eine Näherung Sigma_dot_q ≈ κ(∇T)^2 / T^2 ≥ 0.

- Diffusion: J_i ist der Stofffluss, X_i ≡ ∇μ_i/T, damit sigma_dot_diff = Σ_i J_i · ∇μ_i / T ≥ 0.

- Viskose Dissipation: Die Dissipation Φ wird durch sigma_dot_visc = Φ/T ≥ 0.

- Chemische Reaktionen: sigma_dot_rxn = Σ_j r_j A_j / T, wobei r_j die Reaktionsgeschwindigkeit und A_j die Reaktionsaffinität ist.

Bedeutung und Anwendungen: Entropieproduktion wird genutzt, um Prozesse und Materialien zu analysieren, Pro- zesseigenschaften wie Effizienz zu charakterisieren und constitutive Relationen (z. B. Onsager-Beziehungen) abzuleiten. Theorien wie das Prinzip der Maximum Entropy Production sind umstritten und gelten nicht universell. Im Gleichgewichtstag führt sigma_dot zu null; in nicht-gleichgewichtigen Systemen kann eine konstante positive Produktion trotz stabiler Flüsse auftreten.