Dissipation bezeichnet in der Physik und den Ingenieurwissenschaften den irreversiblen Prozess, bei dem Energie von einer geordneten, nutzbaren Form in eine ungeordnete, weniger nutzbare Form umgewandelt wird, typischerweise in Wärmeenergie. Dieser Vorgang ist stets mit einem Anstieg der Entropie des Gesamtsystems verbunden und stellt eine fundamentale Konsequenz des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik dar. Beispiele für dissipative Prozesse sind die Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme durch Reibung, die Erwärmung eines Leiters durch elektrischen Strom oder die Dämpfung von Schwingungen in einem viskosen Medium. Dissipation ist somit der Grund dafür, dass in realen Systemen Energie nicht vollständig verlustfrei von einer Form in eine andere überführt werden kann und kein Perpetuum Mobile erster oder zweiter Art existieren kann.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie eines abgeschlossenen Systems niemals abnimmt, sondern in irreversiblen Prozessen immer zunimmt. Dissipation ist die makroskopische Manifestation dieses Gesetzes. Während reversible Prozesse, die nur unter idealen Bedingungen existieren, die Entropie unverändert lassen würden, führen alle realen Prozesse zu einer Zunahme der Gesamtentropie des Universums. Dies bedeutet, dass ein Teil der ursprünglich verfügbaren Energie, auch als Exergie bekannt, irreversibel in Anergie umgewandelt wird – Energie, die nicht mehr zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden kann, da sie als diffuse Wärme bei Umgebungstemperatur vorliegt. Die Effizienz von Wärmekraftmaschinen, wie durch den Carnot-Wirkungsgrad begrenzt, ist ein direktes Ergebnis dieser dissipativen Natur thermodynamischer Prozesse.

Verschiedene physikalische Mechanismen führen zu Dissipation. Mechanische Reibung, sei es Gleitreibung oder Rollreibung, wandelt kinetische Energie in Wärme um, wenn sich Oberflächen aneinander vorbeibewegen. In elektrischen Schaltungen führt der Widerstand von Leitern zur Joule-Erwärmung, bei der elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Viskose Kräfte in Fluiden dissipieren kinetische Energie von Strömungen in Wärme, was beispielsweise bei der Dämpfung von Schwingungen in Flüssigkeiten oder Gasen beobachtet wird. Auch bei der Verformung von Materialien kann es zu dissipativen Effekten kommen, etwa bei der inelastischen Verformung, wo ein Teil der aufgewendeten mechanischen Arbeit als Wärme freigesetzt wird. Magnetische und dielektrische Hysterese sind weitere Beispiele, bei denen Energie bei der Um- oder Neuausrichtung von Domänen oder Dipolen dissipiert wird.

Die Minimierung von Dissipation ist ein zentrales Anliegen in vielen Ingenieurdisziplinen, um die Energieeffizienz zu steigern und Materialverschleiß zu reduzieren. Fortschritte in der Materialwissenschaft, wie die Entwicklung von Supraleitern zur Eliminierung des elektrischen Widerstands bei tiefen Temperaturen oder von Schmierstoffen zur Reduzierung von Reibung, zielen darauf ab, dissipative Verluste zu verringern. Gleichzeitig gibt es Anwendungen, in denen Dissipation bewusst herbeigeführt und genutzt wird, beispielsweise in Bremsen zur Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme zum Stoppen von Fahrzeugen, in Stoßdämpfern zur Dämpfung von Schwingungen oder in Heizungen zur Erzeugung von Wärme aus elektrischer Energie.

Letztendlich ist Dissipation ein allgegenwärtiges Phänomen im Universum, das die Richtung natürlicher Prozesse bestimmt und die Notwendigkeit von Energiezufuhr für die Aufrechterhaltung geordneter Strukturen erklärt. Von mikroskopischen Wechselwirkungen bis hin zu makroskopischen Systemen sorgt die Dissipation dafür, dass Energie stets zu einem Zustand größerer Unordnung tendiert. Das Verständnis und die Beherrschung dieser Prozesse sind entscheidend für die Entwicklung nachhaltiger Technologien und die effiziente Nutzung von Ressourcen.