Energieerhaltungssatz Chemie?
Situation: Unser Chemielehrer hat uns heute gefragt, ob wir den Energieerhaltungssatz kennen. Ich und ein paar andere haben sich gemeldet. Dann hat er gefragt, ob es einen Beweis für diesen Satz gibt. Ich habe mich gemeldet und gesagt: Wahrscheinlich schon, denn es ist ein Satz und keine Theorie. Dann sollte ich ihn ihm zeigen, aber ich kannte ihn natürlich nicht. Er hat dann gesagt, dass es keinen gibt und dass er das für Aberglaube/Religion hält.
Wir haben nur Eisenwolle angezündet und wollten wissen, ob sie leichter, schwerer oder gleich bleibt, also die Masse. Beim Massenerhaltungssatz hat er gesagt, dass er in der Chemie immer gilt (außer in der Kernphysik wie bei der Sonne) und bei dem anderen Satz hat er gesagt, dass das nur Aberglaube/Religion ist.
Meine Frage: Stimmt das und ist der Satz wirklich nur Religion/gibt es keinen Beweis?
5 Antworten
Dein Lehrer hat recht und unrecht. Innerhalb der klassischen Mechanik, der Elektrodynamik, der Quantenmechanik und sogar des Standardmodells und der speziellen Relativitätstheorie ist die Energieerhaltung ein Theorem, kann also aus den Axiomen der jeweiligen Theorie abgeleitet werden (Noethersches Theorem). Diese Theorien decken alles ab, was Chemiker so machen.
Daher ist es unmöglich, z.B. einen mechanischen Apparat zu bauen, dessen Funktionsweise sich mit klassischer Mechanik verstehen läßt und der trotzdem die Energieerhaltung verletzt. Ebensowenig kann man eine chemische Reaktion finden, die Energie aus dem Nichts produziert, bzw. wenn man so etwas wirklich findet, dann weiß man, daß die bestehenden Theorien nicht ausreichen, um zu verstehen, was da eigentlich abläuft.
Aber das sind Theorien, die die Natur nur unvollständig beschreiben. Ob zukünftige, bessere Theorien die Energieerhaltung weiterhin garantieren werden, läßt sich nicht voraussagen. Die Natur könnte uns überraschen und zwingen, Theorien so zu konstruieren, daß sie die Energieerhaltung verletzen, weil sie andernfalls die experimentellen Befunde nicht reproduzieren können.
Das ist heute bereits bei der allgemeinen Relativitätstheorie der Fall. Diese schränkt die Energieerhaltung auf den lokalen Fall ein; global ist die Energie in einer dynamischen Raumzeit (z.B. im expandierenden Universum) nicht erhalten. Daher ist es theoretisch möglich, daß jemand einen Apparat baut, der vollständig der allgemeinen Relativitätstheorie gehorcht und der trotzdem Energie aus dem Nichts produziert. Rechne aber nicht damit, daß das jemand schafft — niemand hat eine Idee, wie man eine kollabierende Raumzeit künstlich erzeugt.
Daß er verstehen muß, daß alle Theorien, die wir heute zum Beschreiben chemischer Vorgänge verwenden, über das Noether-Theorem auch die Energieerhaltung garantieren.
Also könnte man sagen: Das Noethersches Theorem ist das Axiom, was man nicht beweisen muss, außer man findet einen Gegenbeweis. Daher gilt das Theorem des Energieerhaltungssatzes?
Nein, das Noethersche Theorem ist ein Theorem, das aus der Struktur der physikalischen Theorien folgt, genauso wie die Kommutativität der Addition (a+b=b+a) daraus folgt, wie Addition definiert ist.
Es sagt aus, daß wenn ein System zeitinvariant ist (also zu allen Zeiten dieselben physikalischen Wechselwirkungen auftreten), dann muß die Energie erhalten sein. Dabei bedeutet „zeitinvariant“, daß es egal ist, ob Du ein Experiment heute, morgen oder nächstes Jahr machst; es kommt immer dasselbe heraus.
Ein System, dem von außen Energie zugeführt wird (weil Du z.B. drunterheizt) erfüllt die Voraussetzung nicht: Zu einem späteren Zeitpunkt ist es ja wärmer als vorher, in wenn Du irgendwelche Chemikalien in die kalte Suppe wirfst, dann reagieren sie anders als später in der warmen Suppe. Das System ist also nicht zeitinvariant, und das Noethersche Theorem ist nicht anwendbar. Aber die zugeführte Energie kommt von außen, und Du kannst immer ein größeres System definieren, so daß die Energie darin erhalten bleibt.
Bei der Allgemeinen Relativitätstheorie geht das bizarrerweise nicht, aber es ist schwierig zu erklären, warum; die Theorie findet einen Weg, sich so halbherzig um die Voraussetzungen fürs Noether-Theorem herumzuschwindeln. Intuitiv kann man sagen: Das Universum ist heute größer als gestern, und deshalb ist es nicht zeitinvariant, und das Noether-Theorem greift nicht und kann keine globale Energieerhaltung garantieren. Das hinkt aber ein bißchen.
Für die Chemie sind die ART-Feinheiten aber irrelevant, weil chemische Reaktionen keine unsinnigen Dinge mit der Raumzeit anstellen und ihnen daher dieses Hintertürchen, die Energieerhaltung zu umgehen, verschlossen bleibt.
https://youtu.be/yUwsr_8zrbQ?feature=shared
Gilt das als Beweis, oder ist das was ganz anderes?
dann hast du entweder
einen chemielehrer den man nicht mehr auf schüler loslassen sollte
oder
nicht verstanden und korrekt wiedergegeben was er eigentlich ausdrücken wollte (was ein lehrer sagt und was ein schüler behauptet dass er gesagt hätte sind oft zwei verschiedene dinge).
der energieerhaltungssatz gilt. (und nein, die tatsache dass man in einer dynamischen raumzeit energieerhaltung nur lokal und nicht global definieren kann ist keine ausrede, denn das hat im chemieunterricht nichts verloren)
und selbstverständlich gibt es dafür keinen beweis. das ist aber nichts besonderes. ganz einfach deshalb weil es außerhalb der mathematik so etwas gar nicht gibt.
es gibt übrigens auch keinen beweis dafür dass Bielefeld existiert, und schon gar keinen beweis dafür dass dein chemielehrer kein reptiloid ist.
Die EnergieErhaltung ist ein grundsätzliches Prinzip in den Naturwissenschaften. Anders als andere Gesetze, lässt er sich aber wohl nicht exakt beweisen, bzw. es wäre nur schwer, aber nicht immer möglich zu zeigen!
Man kann zB eine VerbrennungsEnergie messen, aber nur schwer zeigen, dass man exakt die selbe Energie bräuchte, um den ursprünglichen Stoff wieder herzustellen! Allerdings muss man schon für den 1. Teil des Experiments davon ausgehen, dass die EnergieErhaltung gilt, weil man mit der frei werdenden Energie Wasser erwärmt um auf die EnergieMenge zurück zu rechnen! Wenn man nicht daran 'glaubt', zweifelt man quasi das Messergebnis an und würde damit quasi jedes Argument,oder Messung mit "Glaub ich aber nicht!" abweisen!
Einigermaßen gut klappt die Umkehrung inkl. EnergieMessung bei elektrochemischen Reaktionen, die wir bei jedem Akku nutzen! Beim Laden wird Energie aufgenommen und in chemische Energie umgewandelt, die beim Entladen wieder frei wird! Es wird aber garantiert nicht mehr Energie frei, aber bestimmt etwas weniger, weil es immer WärmeVerluste gibt.
grundsätzliches Prinzip in den Naturwissenschaften. Also ein Axiom? Wenn ja, dann müsste/könnte man nur sehr schwer/gar nicht beweisen.
Man kann es an einigen Punkten zeigen und übernimmt es als generelles Prinzip für alle energetischen Vorgänge!
ZB sind die AbsorptionsLinien und EmmissionsLinien bei Stoffen identisch, weil sie die geiche Energie aufnehmen und abgeben. Ist halt aber kein chemischer Effekt!
https://youtu.be/yUwsr_8zrbQ?feature=shared
Gilt das als Beweis, oder ist das was ganz anderes?
Da geht es um mechanische Energie, nicht um chemische Reaktionen.
Geht das als Erklärung, warum es gelten muss? Das Noethersches Theorem ist das Axiom und was daraus folgt/ableitet ist das Theorem,der Energieerhaltungssatz? Das Axiom (also auch das Theorem) gilt solange als richtig, bis das Gegenteil bewiesen wird?
Typisch Chemiker ;-)
Die zählen ihre Atome und deren Anzahl ist konstant. Also gilt der Masseerhaltungssatz.
Aber den Physikern vorzuwerfen, dass der Energieerhaltungssatz nur Aberglaube/Religion ist, finde ich ganz schön frech. Der Energieerhaltungssatz gilt, obwohl ich keinen exakten Beweis dafür kenne.
https://www.youtube.com/results?search_query=energieerhaltungssatz+beweis
Hier findet man ein paar Videos dazu. Kann man damit argumentieren, oder ist das nochmal was anderes?
Richtige Chemiker werden den EnergieErhaltungsSatz nicht anzweifeln...
Muss am verkürzten Fachstudium fürs Lehramt liegen =;->
Da hat euer Chemielehrer absolut unrecht. Ein Grundprinizip der Phyisk ist nämlich schon die Erhaltung der Energie, diese lässt sich auch aus den mathematischen Noether-Theoremen ableiten.
Was könnte ich meinem Lehrer dazu also sagen?