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Beitrag Nr. 2149-1
10.05.2014 23:29
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Beitrag Nr. 2149-2
11.05.2014 09:42
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Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2149-1:Aso, verstanden hab ich es nach zweimal Lesen auch nicht - zu widersprüchlich scheint mir diese Erklärung bei erstem genauen Hinsehen.
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Beitrag Nr. 2149-3
11.05.2014 10:04
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Thomas der Große schrieb in Beitrag Nr. 2149-2:Der Autor meint wohl, dass sich damit ein Perpetuum-mobile-Wärmetauscher
bauen liesse.
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Beitrag Nr. 2149-4
11.05.2014 14:22
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Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2149-3:Anm.: Der Spezial-Kaffee bleibt wohl weiter 100°C heiß, weil höhere Temperatur nicht möglich ist, hat jedoch insgesamt mehr Gesamtenergie als Normal-Kaffee, weil im Spezial-Kaffee sehr viel mehr Moleküle ihre Höchstenergie besitzen, als im Normal-Kaffee. Irgendwie so glaube ich, oder?
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Beitrag Nr. 2149-5
11.05.2014 23:43
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Hallo Claus und guten Abend.Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:(...)
Mit diesem Deal sind dann alle zufrieden. Der Energieerhaltungssatz ist gewahrt. Von einem "Perpetuum Mobile" muss nicht mehr die Rede sein.
Und überdies haben wir noch einem Motor mit 120% Wirkungsgrad. Der Rest (negative absolute Temperatur) ist reine Definitionssache.
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Beitrag Nr. 2149-6
12.05.2014 09:48
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Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:Während die Teilchen normalerwiese also zwar ihre Bewegungsenergie erhöhen, diese aber immer noch statistisch verteilt bleibt (es gibt also Teilchen mit höherer und ebenso welche mit niedrigerer Geschwindigkeit), zwingt man die Teilchen nun in einen sehr unnatürlichen Zustand, weit entfernt von der Gaußschen Normalverteilung. Das ist in etwa spiegelbildlich wie der absolute Nullpunkt (ebenfalls ein sehr unnatürlicher Zustand) zu verstehen.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:Wie du richtig schreibst, zwingt man die Teichen dann, anstatt ihre Durchschnittsgeschwindigkeit zu vergrößern, all ihre höchsten Energieniveaus zu besetzen.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:Während die Teilchen normalerwiese also zwar ihre Bewegungsenergie erhöhen, diese aber immer noch statistisch verteilt bleibt (es gibt also Teilchen mit höherer und ebenso welche mit niedrigerer Geschwindigkeit), zwingt man die Teilchen nun in einen sehr unnatürlichen Zustand, weit entfernt von der Gaußschen Normalverteilung.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:Einem solchermaßen "unnatürlich heißen" Zustand ist nahezu jedes Mittel recht, wieder in seine "normale Heißheit" übergehen zu dürfen.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:Wenn nun die einzige Möglichkeit zur Energieabgabe darin besteht, gemeinsam mit dem kälteren Behälter mechanische Arbeit zu leisten, dann schließt der heiße Behälter sogar einen Deal mit dem kälteren und bewegt diesen dazu, einen Teil seiner Energie bereitzustellen, um diese Energieabgabe bewerkstelligen zu können.
Zitat:„Haben die Kugeln aber eine negative Temperatur, dann ist auch ihre Bewegungsenergie schon so groß, dass sie nicht weiter zunehmen kann“, erklärt Simon Braun, Doktorand in der Arbeitsgruppe. „Daher können die Kugeln nicht hinunterrollen und bleiben auf dem Hügel liegen. Die Energieschranke macht das System also stabil!“ Der Zustand negativer Temperatur ist in ihrem Experiment tatsächlich genauso stabil wie bei positiver Temperatur.
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Beitrag Nr. 2149-7
12.05.2014 12:02
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Beitrag Nr. 2149-8
12.05.2014 14:02
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Henry schrieb in Beitrag Nr. 2149-7:Was mich aber viel mehr interessiert ist: Weshalb wirken die Teilchen anziehend aufeinander? Es kann nicht die Gravitation sein, dazu ist sie viel zu schwach für Elementarteilchen.
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Beitrag Nr. 2149-9
12.05.2014 18:34
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Irgendwie schon. Bei steigenden Temperaturen werden Moleküle und dann die Atome sich auflösen. Dann haben wir nur Teilchen. Kann man immer noch über Temperatur sprechen, nur eben nicht des Wassers.Zitat:desto schneller werden dort die Wassermoleküle... und dem ist nach oben ja keine Grenze gesetzt
Vielleicht deshalb, weil sie den Drang zur Energiefreigabe, der vorher durch Wandlung in kinetische Energie „gestillt“ wurde, jetzt durch ständigen Austausch von Photonen befriedigen. Dieser Austausch hat Funktion der Bindung so wie andere Austauschteilchen.Zitat:Weshalb wirken die Teilchen anziehend aufeinander?
Zitat:Physiker der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben nun im Labor ein atomares Gas geschaffen, das trotzdem negative Kelvin-Werte annehmen kann.
Also keine negativen Temperaturen!Zitat:Die Wissenschaftler kühlen dazu rund hunderttausend Atome in einer Vakuumkammer auf eine Temperatur von wenigen Milliardstel Kelvin ab
Man ändert willkürlich Temperaturdefinition und lässt die Schlagzeilen entstehen.Zitat:Die Temperatur berücksichtigt allerdings nicht nur die Bewegungsenergie, sondern die gesamte Energie der Teilchen, in diesem System also auch Wechselwirkungs- und potenzielle Energie.
Zitat:bei den kürzlich durchgeführten Experimenten als negative Temperatur in ultrakalten Atomgasen gemessen wurde, nicht die tatsächliche thermodynamische Temperatur, sondern eine komplizierte Funktion der Temperatur und der Wärmekapazität. Die tatsächliche thermodynamische Temperatur blieb bei diesen Experimenten positiv.
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Beitrag Nr. 2149-10
12.05.2014 21:44
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Ernst Ellert II schrieb in Beitrag Nr. 2149-5:sollte es sich allerdings um eine von mir, nicht als solche erkannte, Satire gehandelt haben, betrachte bitte meinen Beitrag als nicht geschrieben.
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Beitrag Nr. 2149-11
12.05.2014 22:27
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Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-10:Hallo Ernst,
Ernst Ellert II schrieb in Beitrag Nr. 2149-5:sollte es sich allerdings um eine von mir, nicht als solche erkannte, Satire gehandelt haben, betrachte bitte meinen Beitrag als nicht geschrieben.
So, du meinst also, mehr als 100% Wirkungsgrad widerspräche der Energieerhaltung.
Dem ist nicht so.
Bei einer normalen Wärmekraftmaschine entnimmt man einem heißen System Energie, wandelt einen Teil davon in physikalische Arbeit um und führt den Rest der Energie an ein kälteres System ab. Die Temperatur des heißen Systems TH ist dann wie folgt definiert:
TH = Q/ (Q-W) * TK
Temperatur des heißen Systems = die dem heißen System entnommene Wärmemenge dividiert durch (Differenz aus entnommener Wärmemenge und geleisteter Arbeit) mal Temperatur des kalten Systems
Wenn es nun gelingt, die gesamte dem heißen System entnommene Energie und zusätzlich auch noch einen Teil der Energie des kälteren Systems in physikalische Arbeit zu verwandeln, dann ist die Summe der insgesamt geleisteten physikalischen Arbeit größer, als der Teil der Wärmemenge, der nur dem heißen System entnommen wurde (ich denke das müsste nachvollziehbar sein; auch, dass das nicht den Energieerhaltungssatz verletzt).
In obiger Formel wird der Term (Q-W) daher negativ!
Und somit besitzt dann - wenn das kältere Medium eine positive Temperatur besitzt - das heißere Medium definitionsgemäß eine negative Temperatur.
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Beitrag Nr. 2149-12
12.05.2014 22:35
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Zitat von Irena:
Vielleicht deshalb, weil sie den Drang zur Energiefreigabe, der vorher durch Wandlung in kinetische Energie „gestillt“ wurde, jetzt durch ständigen Austausch von Photonen befriedigen. Dieser Austausch hat Funktion der Bindung so wie andere Austauschteilchen.
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Beitrag Nr. 2149-13
13.05.2014 07:16
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Henry schrieb in Beitrag Nr. 2149-11:Das würde aber nur für ein in sich geschlossenes Gesamtsystem funktionieren, ...
Zitat von Henry:... und wie du schon schreibst - wenn es gelänge, die gesamte entnommene Energie in Arbeit zu verwandeln. Du weißt selbst, dass das nicht möglich ist, es gibt immer Wärmeverluste - Entropie.
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Beitrag Nr. 2149-14
13.05.2014 08:00
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Gut, du hast gerade angesprochen das, was ich schon immer klären wollte. Auf welchen Mechanismus bezogen ziehen gegenseitige Ladungen sich an und die gleiche Ladungen sich stoßen? Ich glaube sogar, dass ich mal dafür eine Erklärung hatte, die aber schon vergessen habe :smiley4:Henry schrieb in Beitrag Nr. 2149-12:Irena, die elektromagnetische Wechselwirkung beruht auf dem Austausch von Photonen, deshalb stoßen sich gleiche Ladungen ja ab. Die Frage ist aber, warum sie das nun nicht mehr tun? Sie haben ihre Ladung ja nicht geändert.
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Beitrag Nr. 2149-15
13.05.2014 09:03
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Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-10:TH = Q/ (Q-W) * TK
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-10:Wenn es nun gelingt, die gesamte dem heißen System entnommene Energie und zusätzlich auch noch einen Teil der Energie des kälteren Systems in physikalische Arbeit zu verwandeln, dann ist die Summe der insgesamt geleisteten physikalischen Arbeit größer, als der Teil der Wärmemenge, der nur dem heißen System entnommen wurde (ich denke das müsste nachvollziehbar sein; auch, dass das nicht den Energieerhaltungssatz verletzt).
In obiger Formel wird der Term (Q-W) daher negativ!
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-13:Hier besitzt nämlich das System mit höherer Energie eine geringere Entropie, als das niedrigenergetische System.
Deswegen erhöht sich bei der Umwandlung der aus beiden Systemen entnommenen Wärmeenergie in Arbeit die Gesamtentropie des Systems.
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Beitrag Nr. 2149-16
13.05.2014 10:27
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A-a-ha... Kannst du mir den Thread, wo diese Diskussion stattgefunden hat, nennen? Ich habe in letzter Zeit dieses Forum selten "betreten".Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2149-15:Claus zeigte, dass dies wahrscheinlich niemals passieren wird, es jedoch nicht unmöglich ist.
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Beitrag Nr. 2149-17
13.05.2014 19:05
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Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2149-6:Der "spiegelbildliche" absolute Nullpunkt: Ist er so zu verstehen, dass alle Teilchen ihre Maximalbewegung (also Lichtgeschwindigkeit, relativistische Massezunahme mal außer acht gelassen) erreicht haben (im Gegensatz zum Nullpunkt, wo kein Teilchen sich mehr bewegt)?
Zitat von Stueps:Im Artikel taucht ja der Schlüssel - Begriff "Boltzmann-Verteilung" auf. Den habe ich nachgeschlagen - und nur Bahnhof verstanden. Gaußsche Normalverteilung scheint diesem jedoch sehr nahe zu kommen, oder?
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-4:Einem solchermaßen "unnatürlich heißen" Zustand ist nahezu jedes Mittel recht, wieder in seine "normale Heißheit" übergehen zu dürfen.
Zitat von Stueps:
Da geht es doch aber jedem "normal heißen Zustand" genau so, oder?
Zitat von Stueps:
Im Artikel heißt es (Quelle hier):
Zitat:„Haben die Kugeln aber eine negative Temperatur, dann ist auch ihre Bewegungsenergie schon so groß, dass sie nicht weiter zunehmen kann“, erklärt Simon Braun, Doktorand in der Arbeitsgruppe. „Daher können die Kugeln nicht hinunterrollen und bleiben auf dem Hügel liegen. Die Energieschranke macht das System also stabil!“ Der Zustand negativer Temperatur ist in ihrem Experiment tatsächlich genauso stabil wie bei positiver Temperatur.
Warum können die Kugeln nicht hinunterrollen, die Teilchen also ihre Energie nicht einfach so abgeben?
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Beitrag Nr. 2149-18
14.05.2014 10:06
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Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Es muss eine klare Energiegrenze sein.
Doch, nur würde es nicht das ursprüngliches System sein. Es würde Qluon-Quark-Plasma, das mind. durch Photonen kann theoretisch unendlich Energiegehalt steigern.Zitat:Ein System mit x Molekülen darf maximal einen Energiegehalt von so-und-soviel Joule (oder eV) haben. Mit kontinuierlicher Bewegungsenergie bis zur Lichtgeschwindigkeit geht soetwas nicht. Man würde die Lichtgeschwindigkeit ja nie erreichen, selbst wenn man ohne Ende Energie in ein System hineinpumpen würde.
Nach mein Verständnis (mindestens in keinem Artikel würde so beschrieben, oder?) ist der Ziel der Gitterung nicht zwei diskrete Energieneveaus zu erreichen. Die Energie kann kontinuierlich steigen. Das Gitter dient der Unterbindung der Kommunikation der Moleküle, die in normalem Zustand ständig stoßen in einander und tauschen die Energie ab. Durch dieses Tausch wird mit der Energiezufuhr sie immer statistisch verteilt nach Boltzmann-Diagramm, in dem obere Grenze bedeutet die Auflösung der analysierenden Einheiten, wie etwa Moleküle, so dass es gibt kein Sinn Temperatur eines Stoffes zu beschreiben, wenn kein ursprünglicher Stoff vorliegt) . Unterbinden wir die Kommunikation, verhält sich das System anders: die Gefängnisinsassen nähern sich der gleichen max. Bewegungsgeschwindigkeit schlagartig. Die, deren Geschwindigkeit erreicht die obere Grenze, pumpen ihnen zugeführte Energie in die potentielle Energie (also energetische Zustand des Moleküls bzw. Atome) wachsen lassen. Dieses Anteil und sorgt gerade dafür, dass man aus dem System mehr als 100% Leistung erfolgen kann. Auch dieser Wachstum m. E. hat seine Grenzen, weil irgendwann die Atome werden auch aufgelöst.Zitat:In diesem Fall erreicht man die "Deckelung" mit einer Energiegrenze anders: Durch ein Energiegitter aus Laserstrahlen sperrt man die Moleküle in eine Art "Gefängniszelle"1. Innerhalb dieser Zelle schafft man (mittels Magnetfeldern und elektrischen Feldern... :smiley1: hier hört mein Verständnis langsam auf) zwei diskrete Energieniveaus. Jedes Molekül kann sich also nur entweder im hohen oder im niedrigen Energiezustand befinden.
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Beitrag Nr. 2149-19
14.05.2014 11:18
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Beiträge: 3.476, Mitglied seit 18 Jahren |
Beitrag Nr. 2149-20
14.05.2014 12:33
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Irena schrieb in Beitrag Nr. 2149-16:Kannst du mir den Thread, wo diese Diskussion stattgefunden hat, nennen?
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:In diesem Fall erreicht man die "Deckelung" mit einer Energiegrenze anders: Durch ein Energiegitter aus Laserstrahlen sperrt man die Moleküle in eine Art "Gefängniszelle". Innerhalb dieser Zelle schafft man (mittels Magnetfeldern und elektrischen Feldern... :smiley1: hier hört mein Verständnis langsam auf) zwei diskrete Energieniveaus. Jedes Molekül kann sich also nur entweder im hohen oder im niedrigen Energiezustand befinden.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Gauß hat ja die "Glockenkurve" erfunden, d.h. bei jeder Temperatur gibt es einen Durchschnittswert der Energie einzelner Teilchen, den die meisten Teilchen besitzen. Es gibt nur wenige Teilchen mit wesentlich niedrigerer Energie, aber ebenso auch nur wenige, mit wesentlich höherer Energie. Die Gaußsche Glockenkurve ist symmetrisch. Die Boltzmannverteilung ist ähnlich, aber etwas unsymmetrisch, weil die Energie zwar nach unten "gedeckelt", aber nach oben "offen" ist. Weil es stets einige "Ausreißer" mit extrem hohen Energien geben kann, finden sich im Vergleich zum Durchschnittswert statistisch mehr Teilchen auf kälteren Energieniveaus als auf den entsprechenden gespiegelten heißeren Energieniveaus.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Entnimmt man nämlich einem solchen "normal heißen Zustand" die Energie dQ, dann erniedrigt sich die Entropie des Systems, dem man die Wärme entnommen hat, um dS = dQ/T. Da die Entropie in einem Gesamtsystem nicht abnehmen darf, kann man nun nicht einfach hingehen und die gesamte, dem System entnommene Wärme in Arbeit umwandeln. Täte man das, dann hätte ja die Entropie abgenommen!
Man muss deshalb die Wärmemenge dQ nehmen und erstmal etwas davon auf ein kälteres System übertragen. Naturgemäß erhöht sich die Entropie dort - und zwar schneller als im heißen System, aus dem man die Wärme entnommen hat. Das liegt daran, dass die im Nenner stehende Temperatur T im kalten System kleiner ist, als im heißen. Man brauch deswegen nicht die gesamte Wärmemenge dQ an das kalte Medium übertragen, sondern nur einen Teil davon. Sobald die Entropie im kalten System nun mindestens um denselben Wert zugenommen hat, wie sie im heißen abgenommen hat, kann ich den Rest von dQ (aber eben nur diesen!) für mechanische Arbeit nutzen.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:In dem "unnatürlich heißen" Zustand der invers besetzten Energieniveaus steigt dagegen die Entropie bei Energieabgabe - und das solange, bis die Bolzmann-Verteilung erreicht ist.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Die aus solch einem Zustand abgegebene Energie kann daher vollständig in Arbeit umgewandelt werden.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Mehr noch: solange der Zustand im heißen System "heißer" ist als die Bolzmannverteilung kann in "Kooperation" mit einem normalen, kälteren System solange zusätzliche mechanische Arbeit aus dem kälteren System gewonnen werden, wie die Gesamtentropie dabei gerade noch ansteigt (das ist dann das mit den mehr als 100% Wirkungsgrad).
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:In einem "normalen System" nähert sich die Energieverteilung der Moleküle bei zunehmender Temperatur einer Gleichverteilung an. (Die Boltzmann-Glockenkurve wird immer flacher). Erst bei unendlicher Temperatur ist die Boltzmann-Kurve vollständig platt - und d.h.: alle Energieniveaus werden von den vorhandenen Molekülen mit gleicher Wahrscheinlichkeit besetzt. Das ist dann der Zustand mit maximaler Entropie.
Zitat:Zieht man nun eine obere Energiegrenze ein, so kann man - ausgehend von der oben beschriebenen Gleichverteilung - durch weitere Energiezufuhr die Besetzung zu Gunsten der höheren Energieniveaus verschieben. An der Gleichverteilungsgrenze schlägt die Temperatur dann plötzlich von "plus unendlich" nach "minus unendlich" um.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Wenn man noch mehr Energie zuführt steigt die Temperatur dann wieder an; die "Minuswerte" klettern die Skala dann wieder in Richtung 0K hoch. Im "heißesten" Zustand, d.h. wenn alle Moleküle im höchstmöglichen energetischen Zustand sind, erreicht man schließlich wieder die -0K-Grenze - und das, obwohl +0K die "kälteste" aller möglichen Temperaturen ist...
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:In den populärwissenschaftlichen Darstellungen wird an einigen Stellen fälschlich respektlos bemerkt, die Forscher hätten "nur" eine negative Temperatur von 10-x K erreicht. Dabei sind minus 1000 K zwar etwas heißer als unendlich. Minus 10-3 K sind aber wesentlich heißer als unendlich.
Claus schrieb in Beitrag Nr. 2149-17:Ziemlich irre, das alles. Oder?
Rechtlich gesehen ist das Einholen einer Einverständnis in diesem speziellen Fall eigentlich nicht erforderlich. Da der Bundesgerichtshof jedoch Abmahnungen als "allgemeines Lebensrisiko" bezeichnet und die Rechtsverteidigung selbst bei unberechtigten Abmahnungen immer vom Abgemahnten zu tragen ist (nein, das ist kein schlechter Scherz) und da Abmahnungen nicht selten in Unkenntnis der genauen Sachlage erfolgen, möchte ich mit diesem Hinweis dieses "allgemeine Lebensrisiko" ein Stück weit reduzieren.