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Der Karlsruher Physikkurs


Analyse und Kritik

 

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Zusammenfassung

Altlasten der Physik
Analyse
Fazit
  Im Folgenden werden einzelne Altlasten der Physik genauer analysiert.
Blau: Kurze Wiedergabe mit eigenen Worten.
Braun: Bewertungen, Erläuterungen und Stellungnahmen des Verfassers


 Altlast Nr. Titel
Einordnung

Um was geht es

Thema mit eigenen Worten kurz wiedergegeben

Kommentar

des Verfassers


1. Energieformen


Kontraproduktiv

Energie tritt naturgemäss in sehr unterschiedlichen Formen auf.

Es wird bemängelt, dass es 1. sehr viele Bezeichnungen (Wortbenennungen, Namen) für bestimmte Energieformen gibt und 2. diese Bezeichnungen als Ganzes nicht konsistent sind und teilweise keinen Regeln unterliegen.

Es wird behauptet, dass man auch gänzlich ohne Unterscheidung zwischen Energieformen zu physikalischen Einsichten kommen kann.

Daraus wird gefolgert, dass man auf die Unterscheidung zwischen Energieformen  komplett verzichten könne.

Natürlich kann man auch ohne die Unterscheidung zwischen Energieformen zu gewissen physikalischen Einsichten kommen....

Man verbaut sich dadurch aber sehr viel. 

Das Erarbeiten des Themas Energie in der Physik führt beim Lernenden zwangsläufig zu Fragen, die genau darauf abzielen, wo und in welcher Form die Energie im jeweiligen Versuchsaufbau / Prozess drinsteckt bzw. wo / wie sie umgewandelt wird, auch (aber nicht nur) deshalb, weil es vereinfacht gesagt für jede Energieform eine eigene Formel gibt.

Dieser Sachverhalt zieht sich durch die ganze Physik bis hin zum Diplom / Master: Das Erkennen in welcher Form Energie wo drinsteckt und wie sie umgewandelt wird ist ein grundlegendes Werkzeug zum Verständnis der Physik.

Die Unterscheidung zwischen den Energieformen wird zwangsläufig zu Namensgebungen führen, die nicht notwendigerweise konsistent sein müssen, solange eindeutig feststeht, was im jeweiligen Kontext gemeint ist.


2. Leistung


Ohne Mehrwert

Der physikalische Begriff "Leistung" soll ersetzt werden durch "Energiestrom".

 

Begründet wird dies durch die Behauptung, dass man die Leistung nicht auf ein Gerät oder einen Ort beziehen solle, sondern sich immer eine durch eine vorgegebene Fläche transportierte Energiemenge pro Zeiteinheit vorstellen müsse. 

 

Weiterhin wird behauptet, dass zwar Energie zwischen 2 Orten übertragen werden kann, Leistung jedoch nicht. 

Rein von der Logik her ist gegen "Energiestrom" nichts einzuwenden.

Gegen das Modell mit der Fläche auch nicht, allerdings wird es in den meisten Fällen unanschaulich. Der Bezug der Leistung auf eine Maschine oder einen Ort ist in den meisten Fällen wesentlich einfacher zu verstehen und dabei sogar physikalisch richtig, denn es ist nur eine Frage des Bezugspunktes.

Man verbaut sich nichts, wenn man das abstrakte Flächenmodell auf diejenigen Fälle beschränkt (~auf die Uni verbannt), in denen man es tatsächlich braucht. 

 

Da man eine Energiemenge pro Zeit übertragen kann, kann man auch eine Leistung übertragen, denn beides ist das Selbe. Zugegeben: Sprachlich ist das etwas unschön.


3. Carnotscher Wirkungsgrad


Irreführend

siehe auch 5.

Es wird bemängelt, dass beim Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine (z.B. Benzinmotor) als Bezugsbasis der absolute Nullpunkt der Temperatur genommen wird,  obwohl er prozesstechnisch gar nicht vorkommt und daher eine willkürliche Bezugsbasis sei.

Untermauert wird dies damit, dass man z.B. beim Wirkungsgrad eines Wasserrades sich allein auf den Höhenunterschied Ober-/Unterlauf bezieht und nicht etwa auf die Meereshöhe oder gar den Erdmittelpunkt, was den Wirkungsgrad des Wasserrades auf nahe Null reduzieren würde, obwohl sich dadurch am Prozess nichts ändert.

 

Da man - so wird behauptet- hier mit zweierlei Massstäben messe, solle man denn Begriff "(Carnotscher) Wirkungsgrad" gänzlich aus der Physik verbannen.

Diese Argumentation erscheint zunächst einleuchtend: Genauso wenig wie man vom Wasserrad verlangen könne, die hypothetische Fallhöhe zum Erdmittelpunkt auszunutzen, könne man von einer Verbrennungskraftmaschine nicht verlangen, dass die Abgastemperatur kälter werde als die Umgebungstemperatur.

 

Diese Argumentation ist aber technologischer Natur und wird grundlegenden physikalischen Sachverhalten nicht gerecht.

Der Carnotprozess ist ein idealer Kreisprozess mit grossem didaktischem Tiefgang. An ihm kann man die reversible Änderung von Zustandsgrössen sehr gut studieren und er vermittelt eine Vorstellung davon, welcher Anteil thermischer Energie bestenfalls in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Er ist Ausgangspunkt für andere Kreisprozesse und an diesem Prozess muss sich jeder reale Prozess messen.

Die Tatsache dass im Wirkungsgrad nur die absoluten Temperaturen (in Kelvin) vorkommen (und damit der absolute Nullpunkt die Bezugsbasis ist) unterstreicht seine physikalische Grundsätzlichkeit. Von Willkür kann hier keine Rede sein.

 

 


4. Die Hysteresiskurve


Unwichtig

Es wird bemängelt, dass (Ferro-)Magnetismus immer im Zusammenhang mit der Hysteresekurve vorgestellt wird. Es entstehe der Eindruck, dass die Hysteresekurve das Verhalten von Magneten bestimme und dies mit ein Grund sei, weshalb Lehrern und Schülern der Magnetismus weniger zugänglich sei als z.B. Elektrostatik.

Die Hysterese könne man als Ausdruck unvollkommenen magnetischen Materials auffassen.

Man solle zuerst ideal hartmagnetische und ideal weichmagnetische Materialien einführen und auf die Hysteresekurve zunächst verzichten.

Die Hysteresekurve eignet sich erstens gut um die molekularen Vorgänge in einem magnetischen Material zu beschreiben, ohne tief in die Festkörperphysik einzutauchen.

Zweitens tritt das Phänomen Hysterese in praktisch allen Bereichen unserer Umwelt auf, z.B. überall dort wo etwas geregelt wird, bei Jäger-Beute Systemen, politischer Meinungsbildung, etc.

Drittens lässt sich das Phänomen Hysterese am Beispiel Magnetismus mit am besten erklären, da der notwendige Versuchsaufbau einfach ist und der Effekt leicht darstellbar ist.

Die Auffassung "unvollkommenes magnetisches Material" verschleiert die Tatsache, dass diese Materialien technisch genauso zum Einsatz kommen wie ideal hart- oder weichmagnetische Materialien, gerade deswegen, weil sie weder hart noch weichmagnetisch sind.


5. Dritter Hauptsatz


Irreführend


Siehe auch 3.

Es wird behauptet, der dritte Hauptsatz der Thermodynamik (einfach gesagt: "der absolute Nullpunkt der Temperatur ist unerreichbar") sei ebenso trivial wie z.B. die Aussagen (sinngemäss) "ein luftgefüllter Kanister kann nicht absolut leer gepumpt werden", oder "eine gefüllte Badewanne kann man nicht absolut leerschöpfen".

daraus wird gefolgert, dass diesem Sachverhalt der Status Hauptsatz abgesprochen werden soll.

Dass man einen Kanister oder eine Badewanne nicht vollkommen leermachen können soll hat lediglich technische Gründe, über die man sogar streiten kann.

Zumindest theoretisch kann man sich Prozesse ausdenken, mit denen man die genannten Behältnisse bis aufs letzte Molekül leerbekommt. Beim Entfernen des letzten Moleküls passiert jedoch rein gar nichts.

Ganz anders ist es beim (hypothetischen) Erreichen des absoluten Nullpunkts der Temperatur. Dort passieren merkwürdige Dinge, die man ohne Quantenmechanik nicht verstehen kann. Dem Erreichen des absoluten Nullpunktes steht also ein grundlegender physikalischer Sachverhalt entgegen und nicht nur die Unvollkommenheit der technisch verfügbaren Mittel.

Man kann dies mit der Unerreichbarkeit der Lichtgeschwindigkeit vergleichen.  


6. Die thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper


Unwichtig

Die Ausdehnung von festen oder flüssigen Körpern im Bereich alltäglicher Temperaturänderungen ist sehr gering und mit einfachen Mitteln schwierig zu messen.

 

Dieser Effekt würde in Relation zu seiner praktischen Bedeutung überbewertet werden und man solle stattdessen grössere und wichtigere Effekte behandeln.

Konkret wird das "jedem Kind bekannte" Beispiel genannt, wonach es auf einem hohen Berg kälter sei als im Flachland.

 

Bei dem Beispiel mit dem Berg und dem Flachland läuft man didaktisch in das Problem, dass es oft umgekehrt ist und deshalb die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass ein Schüler es irgendwann genau andersherum erlebt hat. Man käme in die Verlegenheit zu erklären, warum z.B. die Zugspitze oft kein hoher Berg im Sinne des Beispiels sei. 

 

Andererseits durchzieht der Effekt der Ausdehnung fester oder flüssiger Körper sehr wohl unseren Alltag:

Tropfender Wasserhahn bei Boilern, nicht plan auf der Herdplatte stehende Kochtöpfe, Thermometer unterschiedlicher Art, Ventile und Schalter unterschiedlicher Art, einige Effekte mit gefrierendem Wasser usw. 

Auch in der Technik ist der Effekt trotz seiner geringen Grösse sehr wichtig: Überall wo Metalle verarbeitet werden, zum Beispiel im Schiffsbau (Flammrichten): Die Auswirkungen sind dort so gewaltig, dass das Kennenlernen für Schüler z.B. in einem Kurzfilm sogar Unterhaltungswert hätte.

 

7. Die Newtonschen Axiome


Ohne Mehrwert 

 

Siehe auch 15 und 17.


Vorweg zunächst die Newtonschen Axiome:

 

1. Ein Körper bleibt im Zustand der Ruhe oder geradlinig gleichförmigen Bewegung, wenn keine Kräfte auf ihn wirken.
2. Die auf einen Körper wirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung des Körpers.
3. Wenn ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft FAB ausübt, so übt B auf A die Kraft FBA= –FAB aus.

 

Diese Axiome seien angeblich alles Spezialfälle der folgenden Aussage:

Impuls kann weder
erzeugt noch vernichtet werden.

 

Um dies zu untermauern, muss man zunächst noch

die Kraft als "Impulsstrom" auffassen, dann würde der angeblich triviale Charakter dieser Axiome zutage treten:

 

1. Der Impuls eines Körpers ändert sich nicht, solange kein Impuls in ihn hinein oder aus ihm heraus fließt.
2. Die zeitliche Änderung des Impulses eines Körpers ist gleich der Stromstärke des Impulses, der in den Körper hineinfließt.
3. Fließt ein Impulsstrom von einem Körper A auf einen Körper B, so ist die Stromstärke beim Verlassen von A gleich der beim Eintritt in B.

 

Diese Formulierungen wären schliesslich vergleichbar mit

"Die Wassermenge in einem Behälter ändert sich nicht, solange man kein Wasser in den Behälter hinein oder aus ihm heraus fließen lässt.”

 usw.

 

Man solle in der Mechanik den Impuls sehr früh einführen und aus ihm dann den Impulsstrom ableiten, der den Begriff Kraft ersetzt.

 

Rein von der Logik her ist gegen das alles nichts einzuwenden.

 

Die Aussage

Impuls kann weder erzeugt noch vernichtet werden. 

ist erstens nicht trivial, denn sie ist eine direkte Folgerung aus den Newtonschen Axiomen, deren Entwicklung wiederum erheblichen Zeitaufwand gekostet hat und auf die wohl kaum ein Schüler jemals kommen würde.

Zweitens gibt diese Formulierung nicht alle Aspekte der Newtonschen Axiome wieder: Die Bezüge zu Masse,  Beschleunigung, Bewegung und Reaktion fehlen gänzlich. Das bedeutet, dass die Formulierung des Satzes "Impuls kann weder erzeugt noch vernichtet werden" erst einmal einen grösseren Erklärungsbedarf nach sich zieht, während die Newtonsche  Formulierung das wesentliche Gerüst der klassischen Mechanik schon von vorne herein beinhaltet.

Drittens darf sehr bezweifelt werden, ob besonders der dritte Satz wirklich einfacher zu verstehen ist:

3. Fließt ein Impulsstrom von einem Körper A auf einen Körper B, so ist die Stromstärke beim Verlassen von A gleich der beim Eintritt in B.

 

Man kann also festhalten, dass die Newtonsche Formulierung einerseits anschaulicher ist weil sie sich an der erlebten Welt orientiert, andererseits die Grundzüge der klassischen Mechanik vollständig beschreibt.

 

Die konsequente Ausrichtung des KPK auf den Impuls als Ausgangsgrösse, von der alles Andere abgeleitet wird, wirft aber auch rein praktische Probleme auf:

 

Während viele Aufgaben des KPK häufig darauf abzielen, konkrete Impulse mit der eigens erfundenen Einheit "Huygens" auszurechnen, gibt es in der realen Welt kaum Anwendungsfälle, wo der (mechanische) Impuls als konkreter Wert tatsächlich eine Bedeutung hätte.  Das gilt für die Alltagswelt durchweg, und im wissenschaftlichen Bereich zumindest meistens.

In der realen Welt ist selten von Impulswerten die Rede, sondern immer von Energien, Geschwindigkeiten, Massen, Beschleunigungen usw., für die man den Impuls nicht braucht.  

Es gibt so gut wie keine Geräte, Maschinen, Vorgänge usw., die man mit einem Impulswert charakterisieren würde.

Selbst z.B. Bohrhämmer werden bezüglich ihrer Schlagstärke mit Joulewerten, also Energien charakterisiert. Die Tatsache, dass Hämmer von den Autoren des KPK als Beispiel für "Bewegungsmenge", gemessen in Huygens (Impuls) herangezogen werden, kann nur als Fehler aufgefasst werden.

 

Weshalb es für Impulswerte keine Einheit gibt dürfte aus vorangegangenen Zeilen klar geworden sein: Der Impuls hat kaum praktische Bedeutung.

 

Der Impuls wird in der klassischen Physik im Gymnasium nur dann verwendet, wenn man seine Eigenschaft als Erhaltungssatz braucht, nämlich bei Stossvorgängen; aber selbst dann spielt der Impuls im Ergebnis im Sinne von "so-und-soviel Huygens" nie eine Rolle. 

 

Zu guter letzt darf man sich fragen, weshalb der einerseits anschauliche und andererseits physikalisch exakte Begriff "Kraft" durch den Begriff "Impulsstrom" ersetzt werden soll.

 

Formal lässt sich sagen, dass der impulsorientierte Zugang des KPK zur klassischen Mechanik einerseits Konsistenz schaffen möchte, dabei andererseits jedoch neue Löcher aufreisst bzw. an der erfassbaren Welt irgendwie vorbei geht - in der Schule ein unnötiges Abstraktum.


8. Entropie


Siehe auch 156.


Irreführend

Die Einführung der Entropie in der klassischen, phänomenologischen (also nicht statistischen) Thermodynamik mache angeblich selbst Fachspezialisten Mühe, mit ihr umzugehen.

 

Konkret wird bemängelt, dass man Entropie nicht ohne Weiteres messen könne und selbst die Operationalisierung des Begriffes Schwierigkeiten mache.

 

Es wird vorgeschlagen, anstelle des Begriffes Entropie den Begriff "Wärme" zu verwenden, ohne näher darauf einzugehen, was damit konkret gemeint sein soll.

 

Der Deutung von Entropie als "Unordnungsmass"  wird eine gewisse Berechtigung eingeräumt.

Es ist richtig, dass die Entropie meistens nicht ohne Weiteres gemessen werden kann.

Dass selbst Fachspezialisten Mühe damit hätten stimmt nur in dem speziellen Fall wenn es darum geht, eine einfache und zugleich halbwegs treffende Erklärung dafür zu entwickeln. Der Umgang mit dieser Grösse ist für Fachspezialisten selbstverständlich kein Problem; beispielsweise gibt es Tabellenwerke mit Entropiewerten. 

 

Wenn man sich unter Entropie nun eine Art "Wärme" vorstellen soll, dann erhebt sich zwangsläufig die Frage, wie man dann das benennen soll, was der gesamte Rest der Fachwelt bisher unter Wärme (genauer: Wärmeenergie) versteht.

Aber auch beim alltäglichen Verständnis von "Wärme" läuft man in Schwierigkeiten: Beim Entstehen von Entropie, die nun "Wärme" genannt werden soll, wird es nämlich nicht unbedingt "wärmer". Es kann nämlich sogar "kälter" werden.

 

Die Deutung als Unordnungsmass ist der wohl bekannteste Versuch, Entropie im Bereich der klassischen Thermodynamik zu veranschaulichen.

Dass dies am Wesen der Entropie vorbeigeht, erkennt man spätestens in der statistischen Thermodynamik: Dort entpuppt sich Entropie nämlich als Mass für die Anzahl mikroskopischer Realisierungsmöglichkeiten eines makroskopischen Systems.  Es führt hier zu weit zu zeigen, dass dies mit (Un-)ordnung kaum etwas zu tun hat.


Einen der gymnasialen Mittelstufe angepassten und dennoch richtigen Zugang zur Entropie findet man hier.


9. Reine Energie


Unwichtig

Es wird bemängelt, physikalische Gebilde, die über keine (Ruhe-)Masse verfügen, in der Fachwelt oft als "reine Energie" bezeichnet werden.

 

Diese Bezeichnung sei falsch, da z.B. Lichtquanten nicht nur über Energie verfügen, sondern auch über Impuls, Drehimpuls, Wellenlänge, etc., was man ja ohne Weiteres messen kann.

"reine Energie" dagegen suggeriere, dass man dem Gebilde alle anderen Attribute ausser der Energie abspreche.

 

Es werden mehrere Formulierungsvorschläge gemacht, beispielsweise:

Anstelle

"[bei der Reaktion eines Elektrons mit einem Positron] entsteht reine Energie"

solle man sagen

"[......] entstehen Photonen".

 

Dagegen wäre eigentlich nichts einzuwenden, wenn hier nicht die Auffassung vertreten würde, dass man mit "reiner Energie" alle anderen physikalischen Attribute (Impuls....) abspräche.

Gemeint ist vielmehr, dass Masse in etwas umgewandelt werden kann, was keine Masse mehr darstellt. Das auffälligste Produkt derartiger Umwandlungen sind oft aussergewöhnlich grosse Energien, während die anderen physikalischen Grössen sich viel weniger stark ändern.

Schliesslich sei noch auf eine fundamentale Erkenntnis des 20 Jahrhunderts hingewiesen, die wohl fast jeder kennt: E = mc2 ,

in einfachen Worten: "Äquivalenz von Masse und Energie".

 

Siehe auch 13.

 


10. Äquivalenz

von Wärme

und Arbeit


Gefährlich

Zuerst werden mehrere in der Fachwelt gängige Erklärungen für den Begriff "Wärme" vorgestellt. Allen gemein ist (abgesehen von der Meinung dass Wärme ein überflüssiger Begriff sei), dass es sich um Energie handelt, sie wohl richtig sind, jedoch nur Teilaspekte abdecken und damit nicht vollständig sind. Die Unvollständigkeit wird kritisiert und es wird behauptet, dass der Grund dafür in der seit Clausius angenommenen Äquivalenz von Wärme und Energie liege. 

Aus der Tatsache, dass man trotz der Unterschiedlichen Beschreibungen von Wärme zu den selben Rechenergebnissen kommt wird gefolgert,  dass man auf die Äquivalenz von Wärme und Arbeit verzichten könne und stattdessen den Begriff Wärme neu definieren ("fundamental metrisieren") könne.

Das Ergebnis einer solchen fundamentalen Metrisierung sei verblüffenderweise - so wird behauptet-, dass sich als "Wärme" dann keine Energie, sondern eine Entropie ergäbe. Das zu dieser eindeutigen Metrisierung verwendete Axiomensystem (Wortwahl des Verfassers) wird in einer Fussnote kurz beschrieben.

Schliesslich wird behauptet, dass dies ein spielender Zugang zur Thermodynamik, insbesondere der Entropie sei, der zudem eine weitgehende Entrümpelung von Fachbegriffen gestatte. Konkret werden für die Entrümpelung unter Anderem vorgeschlagen: Enthalpie, Freie Energie, Prozessgrösse, Zustandsfunktion.

 

Dass sich ein wissenschaftlicher Sachverhalt nicht kurz und bündig beschreiben lässt hat nichts zu bedeuten.

Gäbe man den erklärenden Fachleuten die Möglichkeit auszureden, dann sähe die Lage ganz anders aus. Entscheidend ist allein der Konsens innerhalb der Fachwelt und die einheitliche Verwendung innerhalb des physikalischen Gesamtgebäudes. Die Tatsache dass trotz unterschiedlicher Kurzbeschreibungen des selben Sachverhaltes  im Anwendungsfall immer die selben Ergebnisse herauskommen ist eher ein stichhaltiger Beweis dafür, dass hier keinerlei Änderungsbedarf besteht.

 

Ein kurzer Blick in ein anderes Fachgebiet: Auf die Frage "Wer oder was ist normal" wird man von x Psychologen x verschiedene Kurzantworten bekommen. Zur Definition von Normalität reichen selbst mehrere längere Sätze nicht aus; man benötigt dafür bereits einen längeren Fragenkatalog mit Auswertekriterien, die für physikalische Verhältnisse eher schwammig erscheinen.

 

Die von den Autoren durchgeführte "fundamentalen Metrisierung" der Wärme (also der Entwicklung einer Vorstellung davon, was "Wärme" sein soll), insbesondere das zugrunde gelegte Axiomensystem (Wortwahl des Verfassers) ist nicht nachvollziehbar, denn weder führt sie notwendigerweise zur Entropie, noch ist sie überhaupt eindeutig.

 

Die Auffassung, dass die Deutung von Entropie als "Wärme" einen leichten Zugang zur Thermodynamik verschaffe, ist kaum nachvollziehbar, und die angestrebte Entrümpelung der Thermodynamik von den genannten Fachbegriffen kann man nur schwer ernst nehmen.

 


11. Elektronen- überschuss,  Elektronenmangel


Unwichtig

Es werden 2 Dinge bemängelt:

1. es sei ungeschickt, die Anschlüsse einer Batterie o.Ä. mit "+" und "-" zu bezeichnen.

2. es sei meistens unangebracht, von "Elektronenüberschuss" und "Elektronenmangel" zu sprechen.

 

Es wird vorgeschlagen, anstelle "+" und "-" hoch bzw. niedrig zu verwenden, oder H und L für High und Low, wie es in der Digitaltechnik schon lange üblich ist, oder "Ausgang" und "Eingang".

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Begriffe  "Elektronenüberschuss" und "Elektronenmangel" nicht mehr zu verwenden.

Rein sachlich ist gegen das alles nichts einzuwenden.

Um es jedoch zu verstehen ist ein fachliches Niveau erforderlich, auf dem man mit angeblich ungeschickten Bezeichnungen sowieso längst keine Probleme mehr hat.

 

Die Beibehaltung von "+" und "-" und "Elektronenüberschuss / Elektronenmangel" sind auf den betreffenden Verstehensniveaus adäquat und schaffen keine falschen Vorstellungen.

Der Hinweis auf die Digitaltechnik ist nicht ganz korrekt: Je nachdem ob man positive oder negative Logik vorliegen hat, kann "High" entweder "+" oder "-" entsprechen.


12. Kernreaktionen

und Radioaktivität


Berechtigt


Es wird bemängelt, dass trotz der weitreichenden Analogie zwischen Kernreaktionen  und chemischen Reaktionen unterschiedliche Begrifflichkeiten und Schreibweisen für vergleichbare Sachverhalte vorherrschen.

Ausserdem wird angedeutet, die chemische Schreibweise sei vorteilhafter.

 

Da es die Chemie schon länger gibt, wird von der Kernphysik verlangt, sich den chemischen Begrifflichkeiten und Schreibweisen anzupassen.

Aus Sicht eines Lernenden ist das alles gut nachvollziehbar.

 

Wenn man z.B. als Deutscher mit Franzosen in Kontakt zu treten versucht, dann stellt man fest, dass die Franzosen für fast alle Begrifflichkeiten Wörter gebrauchen, die von den entsprechenden deutschen Wörtern in erheblichem Masse abweichen.

Für den Lernenden ist das katastrophal.

Niemand käme aber auf die Idee, beiden Sprachen per Komitee zu vereinen, denn dazu ist (abgesehen von kulturellen Befindlichkeiten) die Vermischung von Deutschen und Franzosen viel zu gering.

 

Wenn man auf die Wesenszüge der beiden Wissenschaften Chemie und Kernphysik schaut, dann findet man kaum noch Ähnlichkeiten. 

Das nötige Fachwissen, Art und Umfang der mathematischen Methoden, Aufbau und Art der Experimente/Prozesse, verwendete Nachweismethoden, technische Infrastruktur, Verfahrenstechnik, Regelwerke, sonstiges ingenieurstechnisches Drumherum, die Grössenordnungen und Genauigkeiten von Ergebnissen, etc., buchstäblich alles ist grundverschieden.

Ein Kernphysiker wird nur in Ausnahmefällen jemals mit einem Chemiker in fachlichen Kontakt kommen (und umgekehrt). 

Hier etwas vereinheitlichen zu wollen hat deshalb kaum Aussicht auf Erfolg.

 

Anmerkung:

Dass ausgerechnet die Chemie Pate stehen soll für Konsistenz, kann aus Sicht der Physik mit gewisser  Erheiterung aufgenommen werden. Man denke nur an den historisch gewachsenen Wildwuchs an Trivialnamen, die immer noch bevorzugt verwendet werden, und unter denen sich der Lernende erst mal überhaupt nichts vorstellen kann.

 

13. Die Energie-Masse-

Äquivalenz


Irreführend


Es wird unter Anderem behauptet, Masse könne nicht in Energie umgewandelt werden (und umgekehrt), und Masse könne man von Energie nicht unterscheiden.

Beispielsweise ist Folgendes allgemein bekannt:

Atomkerne haben  messbar weniger Masse als die Summe der Massen der zugehörigen Kernbausteine. Dieses Phänomen trägt den Namen Massendefekt.

Die fehlende Masse steckt in Form von Energie in den Kernbindungen.


Es erhebt sich die Frage, weshalb man Masse nicht in Energie umwandeln können soll....

Man mag dies physikalisch schlampig finden, aber auf schulischem Niveau ist es angebracht und führt zu keinen falschen Vorstellungen.


14. Das Feld als Raumbereich mit Eigenschaften


Berechtigt

Es wird unter Anderem kritisiert, dass in Lehrbüchern physikalische Felder als Raumbereiche mit besonderen Eigenschaften erklärt werden.

 

Besser sei es, Felder als physikalische Gebilde mit charakteristischen Eigenschaften zu erklären, die nicht an einen bestimmten Raum gekoppelt sind.

 

Ausserdem wird ein teilweise schlampiger Umgang mit dem Feldbegriff bemängelt.

Beispiel:

Sowohl das elektrische Feld an sich als auch die Verteilung der elektrischen Feldstärke im Raum werden als "Feld" bezeichnet, obwohl es sich um verschiedene Dinge handelt.

Dem kann man ohne wesentliche Einschränkungen zustimmen.

Allerdings:

Sowohl das elektrische Feld an sich als auch die Verteilung der elektrischen Feldstärke im Raum sollten weiterhin als Felder bezeichnet werden dürfen.

Allerdings sollte der Unterschied klargestellt werden


15. Der Impuls als Produkt aus Masse und Geschwindigkeit


Unwichtig


Siehe auch 7 und 17.

Es wird bemängelt, dass der Impuls gewöhnlich als Produkt aus Masse und Geschwindigkeit definiert wird und somit zu einer abgeleiteten Grösse degradiert würde, obwohl er erstens eine Erhaltungsgrösse darstellt und zweitens in anderen als rein mechanischen Systemen formeltechnisch eine völlig andere Gestalt als das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit habe.

Gegen die Degradierung zur abgeleiteten Grösse sprächen ferner seine grundlegendere Bedeutung im Energie-Impuls Tensor sowie gewisse Analogien zur Elektrizitätslehre. 

Man darf nicht aus den Augen verlieren, dass es hier grundsätzlich um Physik in der Mittelstufe und Oberstufe an Schulen geht. 

Das Argument mit der Erhaltungsgrösse leuchtet ein, aber die "Eichung" der Bedeutung des Impulses an fortgeschrittenem universitärem Lehrstoff (Energie-Impuls Tensor), von dessen Niveau die gymnasiale Oberstufe weit entfernt ist, erscheint fragwürdig.

Auch das Argument dass der Impuls in nichtmechanischen Systemen durch eine andere Formel beschrieben werde ist nicht stichhaltig, da dieser Umstand allein der Art des physikalischen Systems geschuldet ist und auch viele anderen physikalischen Grössen betrifft.

Wie bereits in 7. beschrieben braucht man den Impuls im Gymnasium nur in bestimmten Fällen, und er kommt dort auch hauptsächlich nur in der Mechanik vor.

Es spricht also nichts gegen die Definition als Produkt aus Masse und Geschwindigkeit, da diese Definition auf gymnasialem Niveau fast erschöpfend ist.

16. Die Messung der Entropie


Irreführend


Siehe auch Punkt 2.2, Direkte und indirekte Messung.

Siehe auch 24.

Es wird bemängelt, dass bei Einführung der Entropie kein passendes Messverfahren vorgestellt wird und dadurch der Eindruck entsteht, Entropie sei etwas Seltsames das obendrein nicht ohne Weiteres messbar sei.

Weiterhin wird behauptet, dass man Entropie im Gegensatz dazu mit gewöhnlichen Haushaltsmitteln leicht messen kann, sie sogar "eine der am leichtesten zu messenden Grössen überhaupt" sei.

Als konkretes Beispiel wird eine Wassermenge genannt, die um eine bestimmte Temperatur erwärmt wird. Die Entropiezunahme des erhitzten Wassers könne man angeblich anhand der zugeführten Energie und der daraus resultierenden  Temperaturänderung "messen".

Dass die Entropie "eine der am leichtesten zu messenden Grössen überhaupt" sein soll ist einerseits eine sehr gewagte Behauptung. Andererseits handelt es sich bei dem "Messbeispiel" um eine Berechnung, und keine Messung der Entropie.

Unter Messungen versteht man allgemein die Ermittlung einer Grösse ohne rechnerische Zwischenschritte.  

In Punkt 2.2 wird allerdings deutlich, dass die Autoren des KPK das Thema Messung ohnehin etwas liberaler handhaben. 

 

Davon abgesehen drängt sich die Frage auf, welchen Mehrwert man auf dem Gymnasium durch die Information "Die Entropiezunahme beträgt so-und-soviel Joule pro Grad" hätte.  Es ist hier in gewissem Sinne ähnlich wie beim Impuls (Punkt 7): Was bringt einem das Wissen über "so und soviel Huygens" (vom KPK vorgeschlagene Impulseinheit).


17. Impuls und Stoß


Unwichtig


Siehe auch 7 und 15.


Es werden 2 Dinge bemängelt:

1. der Name "Impuls" werde seiner Bedeutung in der Mechanik nicht gerecht.

2. Der Impuls kommt überwiegend nur im Zusammenhang mit Stossvorgängen zum Einsatz.

 

Es wird indirekt vorgeschlagen, anstelle Impuls "Bewegungsmenge oder -grösse" zu sagen und den Impuls von Anfang an als überhaupt wichtigste Grösse der Mechanik einzuführen.

"Impuls werde seiner Bedeutung in der Mechanik nicht gerecht" meint wohl die Bedeutung, die sich die Autoren des KPK gerne wünschen.

 

Wie bereits in Punkt 7 und 15 beschrieben fährt man auf dem Niveau der gymnasialen Oberstufe sehr gut damit, den Impuls nur bei Stossvorgängen zu verwenden. Die deutsche Bezeichnung "Impuls" trägt diesem Sachverhalt Rechnung. Die Newtonschen Axiome beschreiben die klassische Mechanik sehr gut und anschaulich, ohne auf den Impuls einzugehen.

 

Warum soll der Impuls die "überhaupt wichtigste Grösse" der Mechanik sein, wo doch sein konkreter Wert so gut wie nie interessiert (siehe Punkt 7)?

Warum nicht die Energie? Der Impuls wäre dann die Ableitung der Energie nach der Geschwindigkeit. Warum wohl hat Newton ihm keine grössere Bedeutung beigemessen? Gekannt hat er ihn nämlich.

 

18. Wärmestrahlung


Berechtigt

Die dargelegten Punkte kann man so zusammenfassen:

1. Aus der Erwärmung eines bestrahlten Körpers folgt nicht zwangsläufig, dass die Strahlung Wärme transportiert.

2. Ob eine Strahlung Wärme (und damit Entropie) transportiert, lässt sich an der Abkühlung des Strahlers erkennen, jedoch nicht an der Erwärmung des bestrahlten Körpers.

3. Der Begriff "Wärmestrahlung" sowie andere Begriffe, die die Strahlung benennen solle man vermeiden. Den Strahler selbst darf man weiterhin z.B. Wärmestrahler oder Temperaturstrahler nennen (weil er ja eine Temperatur hat und aufgrund dessen strahlt) 


Dem kann man zustimmen.

 

Erläuterung zu 1.

Monochromatische Strahlung transportiert keine Entropie und damit keine Wärme.

Die Erwärmung eines bestrahlten Körpers folgt aus der Umwandlung der Energie der Strahlung in Wärmeenergie, egal welcher Art die Strahlung selbst ist.


19. Erhaltungssätze


Unwichtig

Es wird bemängelt, dass der Erhaltung bzw. Nicht-Erhaltung von physikalischen Grössen sehr unterschiedliche Bedeutung beigemessen wird. Beispielsweise werde dem Energiesatz ausserordentliche Bedeutung beigemessen, dem Impulssatz viel weniger und der Ladungserhaltung so gut wie keine. 

An sich ist das richtig.

In Punkt 7, 15 und 17 wurde bereits dargelegt, dass man sich auf der gymnasialen Oberstufe gar nichts vergibt, wenn man den Impuls nur für Stossvorgänge heranzieht.

Die Eigenschaft seiner Erhaltung kommt ebenfalls nur bei Stossvorgängen zum tragen.

Die Ladungserhaltung bei Teilchenreaktionen scheint intuitiv und eröffnet zumindest im Gymnasium keine tieferen Einsichten.

 

Ganz anders ist es mit der Energieerhaltung: Der Energieerhaltungssatz ist im Gymnasium (und auch an der Universität) das Multifunktionswerkzeug der klassischen Mechanik. Energie tritt im Gymnasium in der Mechanik in mindestens 3 verschiedenen Formeln auf, die man nur gleichzusetzen braucht um Wegstrecken, Geschwindigkeiten, Massen, Kräfte, usw. auf elegante Art auszurechnen.

Das "Problemlösungspotential" des Energiesatzes ist auf gymnasialem Niveau bei weitem höher als bei den anderen Erhaltungssätzen. 


20. Der hertzsche Dipol


Berechtigt

Es wird kritisiert wie elektromagnetische Wellen (angeblich) eingeführt werden.

Man beginnt beim ungedämpften Schwingkreis und gelangt über zahlreiche Zwischenschritte, die teilweise technologischen und weniger physikalischen Charakter haben, schliesslich zum hertzschen Dipol. Es werden Nah- und Fernfeld unterschieden, ohne die Besonderheiten zu diskutieren.

Es wird vorgeschlagen, elektromagnetische Wellen ohne den hertzschen Dipol und ohne den technologischen Vorbau anhand einfacher Wellenformen einzuführen.


Dem kann man zustimmen.

In einer Leistungskursumgebung jedoch ist diese Vorgehensweise mitsamt ihrer technologischen Exkurse durchaus angemessen.

Der Hertzsche Dipol sollte aber beibehalten werden, allein schon wegen seiner alltäglichen Nähe (Antenne). Auf die Unterscheidung Nahfeld/Fernfeld kann man ggfs. verzichten.

 

21. Namen physikalischer

Größen in Zusammensetzungen


Unwichtig

Es wird vorgeschlagen, auf einen Teil der gebräuchlichen zusammengesetzten Fachbegriffe zu verzichten indem man stattdessen Teilsätze formuliert oder gewisse Attribute einfach weglässt ("Eigendruck" --> "Druck")

Es drängt sich die Frage auf, nach welchen Kriterien man zusammengesetzte Fachbegriffe ersetzen soll.

Ausserdem darf bezweifelt werden, dass Erklärungen dadurch leichter verständlich werden. Solange die physikalische Eindeutigkeit gegeben ist, soll man Dinge nennen dürfen wie man es für sinnvoll hält.  

 

22. Das Schalenmodell


Irreführend

Hinweis:

Das Schalenmodell ist eine Erweiterung des Bohrschen Atommodells, jedoch einfacher als das Orbitalmodell.

 

Es wird bemängelt, dass zur Darstellung der Elektronendichteverteilung in der Literatur oft nicht einfach Rho(r), sondern r^2xRho(r) aufgetragen wird, teilweise sogar ohne einen Hinweis darauf.

Dieser Trick diene dazu, den Dichteverlauf so aussehen zu lassen dass die Schalenstruktur besser erkennbar wird. Insbesondere würde im Bereich des Atomkerns eine Dichte von Null, sowie ausserhalb des Atomkerns ein verlauf mit mehreren Höckern suggeriert.

 

Es wird vorgeschlagen, auf diese Art der Darstellung zu verzichte

Der Grund für die Darstellung von r^2xRho(r) dürfte folgender sein:

Durch die Gewichtung mit dem Quadrat des Abstandes erhält man die Dichte in Abhängigkeit des Abstandes.

Beispiel zur Verdeutlichung: Kugelschale B habe den dreifachen Radius wie Kugelschale A, also hat B das 9-fache Volumen wie A.

Angenommen, die Elektronendichte in A sei gleich gross wie in B, dann ergäbe sich eine 9-fache Aufenthaltswahrscheinlichkeit in B im Vergleich zu A.

Ein Elektron wäre demnach 9 mal so oft im Abstand B anzutreffen wie im Abstand A.

Der Dichteverlauf über den Radius würde dies nicht erkennen lassen, da er für A und B die gleiche Dichte aufweist, deshalb gewichtet man die Dichte mit dem Quadrat des Abstandes.

Diese Art der Darstellung ist also berechtigt, und es sollte nicht darauf verzichtet werden..

 


23. Seeklima und Wärmekapazität des Wassers


Berechtigt

Es wird kritisiert, dass die besonders hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers dafür verantwortlich gemacht werde, dass in küstennahen Regionen mildere Winter und kühlere Sommer herrschten.

Der wahre Grund hierfür läge vielmehr an daran, dass durch die Umwälzung des Wassers sehr viel dickere Wasserschichten für den Wärmeaustausch zur Verfügung stünden.

Die Begründung geht folgendermassen:

Zwar hat das Wasser eine wesentlich höhere spezifische Wärmekapazität als alle vorkommenden Landmassen (selbst dann noch wenn man die Kapazität auf Volumen anstelle Masse bezieht), doch die Wärmeleitfähigkeit des Wassers ist wesentlich schlechter als alle vorkommenden Landmassen.

Landmasse kann demnach pro Zeit- und Flächeneinheit mehr Wärme von der Sonne aufnehmen bzw. mehr Wärme abgeben als Wasser.

Aufgrund der geringeren spezifischen Wärmekapazität sind an Land dafür natürlich wesentlich dickere Schichten beteiligt.

Dies führt dazu, dass die *flächenbezogene* spezifische Wärmekapazität (also die klimatisch entscheidende) an Land deutlich höher ist als im Wasser.

 

Daraus folgt dass tatsächlich die Umwälzung des Wassers und nicht seine höhere spezifische Wärmekapazität für den Effekt verantwortlich ist.


24. Vorläufige Temperaturskalen 


Verwirrend


Siehe auch 16.

Es wird bemängelt, dass die Temperatur über die thermische Ausdehnung von Stoffen eingeführt wird und erst hinterher als eine Grösse definiert wird, die von allen Substanzen unabhängig ist.

 

Es werden 2 Vorschläge gemacht, von denen der folgende der einfachere sei:

Man solle die Entropie direkt metrisieren und die Temperatur über die mit einem Entropiestrom IS einem Körper zufließenden Energiestrom P zu definieren: P = T ·IS.

Die Eichung soll über ein dünnes Gas erfolgen, weil dort die innere Energie nur von T abhängt und man T über den Druck messen kann.

Damit fiele uns die Physik einfacher Wärmekraftmaschinen "in den Schoss" und anstelle von Differentialen und Integralen käme man mit den 4 Grundrechenarten aus.

 

In Punkt 16 wird z.B. behauptet, die Entropie sei sehr leicht zu messen. Die "Messung" erfolgte dort indirekt über zugeführte Energie und daraus resultierendem Temperaturanstieg. 

Es drängt sich die Frage auf, wie man die Entropie bei Abwesenheit jeglichen Temperaturbegriffs metrisieren soll - wohl gemerkt auf gymnasialem Niveau.

Der Weg über die Ausdehnung von Stoffen erscheint weitaus naheliegender und mit weniger Aufwand wesentlich genauer realisierbar und dabei sogar anschaulich.

 

Wie uns deshalb die Physik einfacher Wärmekraftmaschinen "in den Schoss" fallen sollte wird nicht näher erklärt. Jedenfalls erscheint es unglaubhaft.


25. Streben zum Energieminimum


Verwirrend

Es wird bemängelt, dass z.B. folgende Phänomene oft mit einem Streben nach dem Energieminimum erklärt würden:

1. Ein Pendel kommt in seinem Tiefpunkt zur Ruhe
2. ein schwimmendes Brett kippt auf die Seite
3. eine Seifenblase formt sich zur Kugel
4. ein Schwamm saugt sich voll Wasser
5. ein Ladungsfleck zerfließt auf einem Leiter
6. angeregte Gasatome emittieren Photonen
7. positive und negative Ionen ordnen sich zu einem Kristallgitter
8. überschwere Kerne neigen zum Zerfall.

 

Es wird kurz gezeigt dass "Streben nach dem Energieminimum" zumindest in dieser Allgemeinheit nicht stimmen kann. Es gelte nur für abgeschlossene Systeme, die allerdings Energie abführen dürfen um ihre Entropie konstant zu halten.

 

Beim Beispiel des Pendels (1) müsse man die durch Reibung erzeugte Energie zum Pendelsystem hinzurechnen damit "Streben nach dem Energieminimum " tatsächlich zutrifft. 

 

 

 

Das ist schon richtig, allerdings

1. hat der Satz "Streben nach dem Energieminimum" in dieser Pauschalität ohnehin keine Bedeutung in der Physik. (Internetrecherche scheint dies zu bestätigen: Viele Treffer stehen im Zusammenhang mit dem KPK)

 

2. darf man sich fragen, welche tieferen Einsichten man mit "Energieabfuhr zur Konstanthaltung der Entropie" gewinnt.

 Man verbaut sich nichts, in der Mechanik die Systemgrenzen so zu ziehen, dass Reibungseffekte nicht mitzählen. Im Grunde ist das nicht sehr verschieden im Vergleich dazu, die Reibungseffekte kurz im Zusammenhang mit der Entropiekonstanthaltung zu würdigen, um sie dann schliesslich doch beiseite zu schieben oder ggfs. noch um des Ergebnis Willens auszurechnen.

 

Die meisten der 8 Beispiele lassen sich aber weitaus einfacher verstehen (auf gymnasialem Niveau!), ganz ohne Entropie:

(1) das Pendel endet in derjenigen Lage, in der sich alle Kräfte aufheben.

(2) Ausgangspunkt ist ein labiles Gleichgewicht. Ausserhalb des Gleichgewichts wird diejenige Lage aufgesucht, in der sich alle Kräfte aufheben.

(3) Die Seifenblase nimmt diejenige Form an, in der sich alle Kräfte (Oberflächenspannungen, Flächendrücke) aufheben. 

(4) Der (auf festem  nassem Untergrund liegende) Schwamm saugt sich so voll, dass sich Kapillarkräfte und Schwerkräfte aufheben.

(5) Die Ladungen driften auseinander bis sich alle Kräfte aufheben (was nie eintritt).

(6) gehört in die Atomphysik. Anschaulich kann man dies mit einem labilen Gleichgewicht vergleichen.

(7) nur wenn der Kristall nicht zu schnell wächst. Abstossende und Anziehende Kräfte heben sich in dieser Anordnung am ehesten auf. Anschauungsbild: Man denke sich positiv und negativ geladene Kügelchen; man werfe ein + Kügelchen in einen Eimer und danach abwechselnd -,+,-,+, usw dazu. Es wird sich zwangsläufig ein Kristallgitter bilden.

(8) gehört in die Kernphysik/Quantenmechanik, wobei man hier mit dem Tunneleffekt sogar noch anschaulich argumentieren könnte.

 

Alle mechanischen Beispiele lassen sich völlig zwanglos innerhalb der Mechanik verstehen. In den Mechanikvorlesungen an der Universität wird dies sogar noch weiter theoretisch ausgebaut (Prinzip des kleinsten Zwanges).

Mit der Entropie bekommt man den Eindruck, man könne das alles nicht ohne sie verstehen.

26. Die Lenzsche Regel und das Minuszeichen im Induktionsgesetz


Verwirrend

Es wird kritisiert, dass auf das Minuszeichen im Induktionsgesetz (Uind = -PhiPunkt) oft sehr viel Wert gelegt würde, ohne dass die eigentliche Notwendigkeit erklärt würde.

Dem Verfasser ist auch nach mehrmaligem Lesen nicht klar, worauf die Autoren des KPK hier eigentlich hinaus wollen.

 

Den tieferen Sinn des Minuszeichens versteht man erst dann, wenn man den "Rest" der Maxwellgleichungen (wovon das Induktionsgesetz ein Teil ist) auch kennt.

Für das gymnasiale Niveau ist es sicherlich ausreichend zu sagen, die Induzierte Spannung ist so gerichtet, dass sie ihrer Entstehungsursache entgegenwirkt. 


27. Kräftegleichgewicht und drittes newtonsches Gesetz


Ohne Mehrwert

Dieser Punkt soll die Einfachheit des Impulsstromprinzips (Wortwahl des Verfassers)  gegenüber dem klassischen newtonschen Kräfteprinzip (Wortwahl des Verfassers) darlegen.

Es wird ein Fall konstruiert, der folgendem Aufbau entspricht: Zwischen 2 Pflöcken A und B befindet sich ein Körper K. K hängt an von A und B aus gespannten Seilen ruhend in der Luft.

Aus Sicht von K treten 4 Kräfte auf: A-K und B-K und beide entsprechenden Gegenkräfte.

Diese Kraftkonstellation sei angeblich so schwierig zu erfassen, dass angeblich Physikstudenten im Vordiplom noch damit Schwierigkeiten hätten.

 

Das Impulsstromprinzip sei wesentlich einfacher: "Es fließt Impuls von A nach K und von K nach B. Da sich nirgends Impuls anhäuft, ist die Stärke des Stroms an jeder Stelle gleich".

Dass nennenswert viele Studenten mit derartigen Wissenslücken überhaupt im Vordiplom ankommen sollen, ist unglaubhaft.  

 

Man sollte vorwegschicken, dass das Impulsstromprinzip (Wortwahl des Verfassers) nicht selbsterklärend ist und daher erst einmal erlernt werden muss. Damit dieses Prinzip funktioniert, braucht man ein Koordinatensystem mit einer willkürlichen Vorzugsrichtung.

Anschliessend muss man den Umgang mit Impulsströmen einüben. Ein Blick auf andere im Netz zugängliche Aufgabenstellungen bestätigt, dass dies alles andere als selbsterklärend ist und -genauso wie das Kräfteprinzip-  Fallstricke aufweist.

Das erkennt man schon daran, dass viele Aufgaben allein darauf abzielen, Impulsströme "richtig" einzuzeichnen ohne dabei irgendetwas auszurechnen. 

Abgerundet wird das ganze dadurch, dass dieses Prinzip eine mathematisch unsaubere Handhabung erlaubt und dies auch von den Autoren des KPK -möglicherweise unbewusst- gefördert wird.

 

Summa summarum kann man sagen, dass das angeblich einfachere Verstehen des hier zugrunde gelegten Versuchsaufbaues das Erlernen eines physikalisch fragwürdigen Formalismus zur Voraussetzung hat, der einerseits mathematischen Aufwand erfordert, andererseits mathematisch lax gehandhabt wird. 

 

 Im genannten Beispiel fliesst ein kreisförmiger Impulsstrom von A über K nach B und über das Erdreich wieder zurück nach A usw. Es fliesst also ein Dauerstrom.

Es ist einleuchtend dass diese Vorstellung keine Entsprechung in der Realität hat, geschweige denn dass man es überhaupt messen kann.

Irgendwie erweckt das Impulsstromprinzip den Eindruck, als hätte man für einen Moment Ockhams Razor vergessen.

28. Zwei Arten elektrischer Ladung



Berechtigt

Es wird bemängelt, dass durch diese Sprechweise suggeriert wird, dass es sich um 2 unterschiedliche Arten von Objekten handele, etwa vergleichbar mit "Frau" und " Mann".

In Wahrheit handele es sich um eine einzige Erscheinung ("Ladung") mit quantitativ unterschiedlicher Ausprägung.

Auch bei Magnetpolen solle man "positiver" und "negativer" Pol sagen.

Dem kann man zustimmen, allerdings schafft die Umbenennung der Magnetpole nichts Neues.     

(...)
(...) (...)
156. Die Entropiezunahme beim Mischen von Pfeffer und Salz

Irreführend

Siehe auch 8.
Hier genügt es, die Zusammenfassung der Autoren zu zitieren:

"Bei der statistischen Einführung der Entropie betrachtet man gern Beispiele, bei denen die Wahrscheinlichkeiten der Zustände jedem gut bekannt sind, etwa das Mischen von Karten.
Solche Systeme haben aber weder eine Temperatur, noch ein chemisches Potenzial. Sie sind daher für einen Zugang zur Entropie nicht gut geeignet"  

Indirekt wird bemängelt, dass der statistische Entropiebegriff sich nicht gut eignet für das Verständnis der Entropie, weil man mit der zugehörigen Gleichung auch unsinnige Sachen ausrechnen könne.
1.
Damit stehen die KPK Autoren ziemlich allein da.
Die grosse Mehrheit der Physikstudenten und Professoren wird bestätigen, dass der statistische Zugang zur Entropie nicht nur gut, sondern sogar besser ist, weniger Fragen aufwirft, schneller erklärt ist.
Übrigens ist das auch historisch so gelaufen: Die Entropie war so lange eine "dubiose" Grösse, bis man auf statistische Weise endlich dahinter gekommen ist.

2.

Hier wird ausgerechnet ein Wesenszug der Physik angekreidet, von dem die KPK Autoren im Allgemeinen nicht minder Gebrauch machen:
Die Reduktion eines komplexen Systems auf ein vereinfachtes Modell mit dem Zweck, die interessierenden Teilaspekte zu erklären.

3.
In diesem Fall liegt jedoch nichteinmal eine Reduktion vor, denn es ist absolut unerheblich, ob das System eine Temperatur usw. hat oder nicht, was man schon allein daran feststellt, dass in der Herleitung der statistischen Entropieformel überhaupt keine Temperatur usw. vorkommt.
Der physikalische Entropiebegriff an sich ist nicht an eine Temperatur usw. gekoppelt, nicht einmal an thermodynamische Systeme.
Beispiele wie z.B. das Mischen von Karten geben die thermodynamische Entropievorstellung sehr gut wieder, sie sind ohne besondere Einschränkungen auf thermodynamische Systeme übertragbar.

4.
Die Entropie als Mass dafür, ob Prozesse freiwillig ablaufen oder nicht, wird durch den statistischen Ansatz intuitiv klar.

5.
Mit jeder Formel kann man Unsinn treiben, das allein heisst nichts.


 

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