- Die Entropie
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Die Entropie.

0.) Die Entropie- eine "unsympathische Größe"?

Der gegenwärtige Bildungsplan für das Fach Physik sieht die Einführung des Begriffs Entropie vor.
Da man in der Kursstufe kaum die Zeit finden wird einen vollständigen Lehrgang zur Thermodynamik zu integrieren, scheint mir der geeignete Ort für die Vorstellung dieser Größe die Behandlung der mechanischen und elektrischen Schwingungen zu sein. Dort behandelt man ja gedämpfte Systeme, mit anderen Worten nicht abgeschlossene Systeme, bei denen die Energieumwandlung nicht vollständig in die jeweils andere Energieform erfolgt (Elongationsenergie und kinetische Energie bzw. Kondensatorenergie und Energie in der Spule), sondern dem schwingenden System in Form von Wärme verloren geht.
Anders gesagt, es handelt sich hier um einen Dissipationsvorgang bei dem Entropie erzeugt wird.

Zwar sollten die Schülerinnen und Schüler den Entropiebegriff im Prinzip schon aus der Mittelstufe kennen, wo man ihn eher im Zusammenhang mit thermodynamischen Inhalten unterrichten wird. Allerdings kann man erstens nicht sicher sein, dass dies dort (in der nötigen Tiefe) unterrichtet wurde und zweitens ist auch nicht klar, an was sich die Schülerinnen und Schüler noch erinnern.
Also gilt es in der Kursstufe den Begriff möglichst kompakt zu wiederholen oder schlimmstenfalls sogar neu einzuführen.

Aber mal ehrlich, ist für Sie nicht auch die Entropie eine "unsympathische Größe" - so ähnlich wie es ein Quantenphysiker einmal über die Wellenfunktion Psi gesagt hat?

Das hat - meines Erachtens - verschiedene Gründe:

  • es gibt viele verschiedene Deutungen, was Entropie eigentlich ist.
    Welche soll man in der Schule vermitteln?
  • die zentrale Gleichung, mit der gearbeitet wird, kann in der Schule weder experimentell erforscht noch deduktiv hergeleitet werden, sondern "fällt vom Himmel".

Zwar sollen die Lernenden gemäß dem Bildungsplan auch mit ihnen unbekannten Formeln arbeiten und argumentieren können, dennoch hinterlässt ein Zusammenhang, der im Unterricht nicht plausibel erarbeitet werden kann, immer irgendwie ein ungutes Gefühl.

Science-Slam - Physik mit Unterhaltungswert.

Einen gangbaren Weg, die Entropie in der Kursstufe ohne ausführliche Behandlung der Thermodynamik einzuführen, bietet der Siegerbeitrag des Science-Slam 2010 von externer Link  Martin Buchholz, der bei externer Link  YouTube verfügbar ist.

In diesem 10 Minuten-Vortrag stellt der Thermodynamik Dozent an der TU Braunschweig die Größe sehr unterhaltsam und mit viel Humor vor. Dies soll allerdings nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Informationsdichte des Beitrags trotzdem phasenweise sehr hoch ist. Man kann ihn daher den Schülerinnen und Schülern nicht nur einmal am Stück zeigen und erwarten, dass sie alles sofort verstehen.
Weiterhin sind die Folien, die Buchholz zeigt, im YouTube Video schlecht zu sehen, insbesondere der Weg der Entropie ("kleine blaue Kugeln") ist kaum zu erkennen. Die Folien lassen sich auch didaktisch noch ein wenig optimieren.

Einsatz im Unterricht.

Ich habe in meinem Unterricht den Beitrag einmal (an einem Stundenende) am Stück gezeigt und dann in der Folgestunde in Teilen, wobei ich jeden Teil dann nochmals verdeutlicht und ggf. mit weiterem Material unterfüttert habe.
Daraus ist dieser Beitrag entstanden.

Er eignet sich als Anregung für die Lehrkraft, ggf. aber auch als Arbeitsmaterial für die Schülerinnen und Schüler selbst, wenn sie die Seiten in der angegebenen Reihenfolge durcharbeiten.
Auf jeder der Seiten ist ein Video-Ausschnitt aus dem Vortrag eingebunden und um weitere Informationen ergänzt.
Am Seitenende führt ein Link zur nächsten Seite.
Die einzelnen Seiten lassen sich aber auch im folgenden Menü direkt aufrufen.

  Der erste Hauptsatz der Wärmelehre.

  Die Hierarchie der Energien, die Energieentwertung und die Entropie.

  Entropietransport: wozu man beim Kraftwerk den Kühlturm braucht.

  Das reale Kraftwerk: Die Entropie nimmt zu - der zweite Hauptsatz der Wärmelehre

  Reversible und irreversible Vorgänge, Dissipation.

Viel Spaß mit diesem unterhaltsamen, abwechslungsreichen Material!


Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver Baden-Württemberg, 2014

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