Drugi zakon termodinamike
Drugi zakon termodinamike pravi, da se pri prehodu energije iz ene oblike v drugo ali pri prostem gibanju snovi entropija (nered) v zaprtem sistemu poveča.
Razlike v temperaturi, tlaku in gostoti se čez nekaj časa vodoravno izenačijo. Zaradi sile gravitacije se gostota in tlak ne izenačita navpično. Gostota in tlak na dnu sta večja kot na vrhu.
Entropija je merilo širjenja snovi in energije povsod, kamor imata dostop.
Za najpogostejšo formulacijo drugega zakona termodinamike je v bistvu zaslužen Rudolf Clausius:
Z drugimi besedami, vse si prizadeva ohraniti enako temperaturo skozi čas.
Drugi zakon ima veliko izjav, ki uporabljajo različne izraze, vendar vsi pomenijo isto stvar. Druga Clausiusova izjava se glasi:
Toplota sama po sebi ne more prehajati s hladnejšega na bolj vroče telo.
Enakovredna izjava lorda Kelvina se glasi:
Pretvorba, katere edini končni rezultat je pretvorba toplote, pridobljene iz vira pri konstantni temperaturi, v delo, je nemogoča.
Drugi zakon velja le za velike sisteme. Drugi zakon govori o verjetnem obnašanju sistema, v katerega ne vstopa ali izstopa nobena energija ali snov. Večji ko je sistem, večja je verjetnost, da bo drugi zakon veljal.
Preprost stiliziran diagram hladilnega cikla toplotne črpalke s parno kompresijo: 1) kondenzator, 2) ekspanzijski ventil, 3) uparjalnik, 4) kompresor.
Pregled
V splošnem smislu drugi zakon pravi, da se temperaturne razlike med sistemi, ki so v medsebojnem stiku, običajno izravnajo in da je mogoče iz teh neravnovesnih razlik pridobiti delo, vendar se pri opravljanju dela in povečanju entropije pojavi izguba toplotne energije. Razlike v tlaku, gostoti in temperaturi v izoliranem sistemu se izenačijo, če je za to priložnost; gravitacija vpliva na gostoto in tlak, ne pa tudi na temperaturo. Toplotni motor je mehanska naprava, ki zagotavlja koristno delo iz razlike v temperaturi dveh teles.
Citati
| “ | Menim, da ima zakon, da se entropija vedno povečuje, najvišje mesto med naravnimi zakoni. Če vas kdo opozori, da je vaša teorija vesolja v neskladju z Maxwellovimi enačbami, je to toliko slabše za Maxwellove enačbe. Če se izkaže, da je v nasprotju z opazovanji - no, ti eksperimentatorji se včasih zmotijo. Če pa se izkaže, da je vaša teorija v nasprotju z drugim zakonom termodinamike, vam ne morem dati nobenega upanja; ne preostane ji nič drugega, kot da se sesuje v najglobljem ponižanju. | ” |
Sir Arthur Stanley Eddington, Narava fizikalnega sveta (1927)
| “ | Težnja po povečevanju entropije v izoliranih sistemih je izražena v drugem zakonu termodinamike - morda najbolj pesimistični in amoralni formulaciji v vsej človeški misli. | ” |
--Greg Hill in Kerry Thornley, Principia Discordia (1965)
| “ | Obstaja skoraj toliko formulacij drugega zakona, kolikor je bilo razprav o njem. | ” |
-filozof/fizik P. W. Bridgman, (1941)
Razno
- Flanders in Swann sta ustvarila glasbeno priredbo drugega zakona termodinamike z naslovom "Prvi in drugi zakon.
- Ekonomist Nicholas Georgescu-Roegen je pokazal pomen zakona entropije na področju ekonomije (glej njegovo delo The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je drugi zakon termodinamike?
O: Drugi zakon termodinamike pravi, da se pri prehodu energije iz ene oblike v drugo ali pri prostem gibanju snovi entropija (nered) v zaprtem sistemu poveča.
V: Kaj se sčasoma horizontalno izravna?
O: Razlike v temperaturi, tlaku in gostoti se po določenem času vodoravno izravnajo.
V: Zakaj se gostota in tlak ne izenačita navpično?
O: Zaradi sile težnosti se gostota in tlak ne izravnata navpično. Gostota in tlak na dnu bosta večja kot na vrhu.
V: Kaj je entropija?
O: Entropija je merilo razširjenosti snovi in energije povsod, kamor imata dostop.
V: Katera je najpogostejša formulacija drugega zakona termodinamike?
O: Najpogostejša formulacija drugega zakona termodinamike je v bistvu zasluga Rudolfa Clausiusija: vse skuša ohraniti enako temperaturo skozi čas.
V: Katera je še ena Clausiusova izjava v zvezi z drugim zakonom termodinamike?
O: Druga Clausiusova izjava je, da toplota sama po sebi ne more prehajati s hladnejšega na bolj vroče telo.
V: Za katero vrsto sistema velja drugi zakon termodinamike?
O: Drugi zakon termodinamike velja le za velike sisteme, v katere energija ali snov ne vstopa ali izstopa. Večji ko je sistem, večja je verjetnost, da bo drugi zakon veljal.
