Entropische Kraft

Die Entropiekraft oder auch entropische Kraft hat ihre Ursache in der thermischen Bewegung der Teilchen unter einem von außen angelegten Zwang.

So beruht also die Zugkraft eines Gummis oder auch eines einzelnen Polymers auf der Entropie also indirekt auf der Energie des Wärmebades, im Gegensatz einer harten Feder, deren Kraft ihre Ursache in der gespeicherten Verzerrungsenergie hat. Bei Polymeren ist der Zwang dadurch gegeben, dass es aufgrund der äußeren Zugkraft gestreckt wird und damit weniger mikroskopische Konfigurationen zur Verfügung stehen.

Die Entropiekraft kann je nachdem was für ein Polymermodell zugrundegelegt wird eine unterschiedliche Darstellung haben. Allen gemeinsam ist allerdings, dass für mäßig gestreckte Polymere ein Hookesches Gesetz mit temperaturabhängiger Federkonstante gilt. Bei der Temperatur T wirkt also auf ein Polymer mit N Segmenten der effektiven Länge b und dem End-zu-End Abstand x die Kraft

$F=\frac{3 k_B T}{b^2 N} x.$

Die Kraft auf ein Polymer ist nur ein Beispiel für entropische Kräfte. Ein anderes Beispiel ist der osmotische Druck, der auf unterschiedliche Konzentrationen eines chemischen Stoffes in räumlich durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Wand getrennte Bereiche beruht.

Der Zwang ist hier durch die halbdurchlässige Wand gegeben. Der Druck baut sich auf, durch die Bewegung der Teilchen und ihr Bestreben einen Konzentrationsausgleich herzustellen. Auch hier ist der Konfigurationsraum für die nichtdurchlässigen Teilchen eingeschränkt.