Δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής λέει ότι όταν η ενέργεια αλλάζει από μια μορφή σε μια άλλη μορφή ή η ύλη κινείται ελεύθερα, η εντροπία (αταξία) σε ένα κλειστό σύστημα αυξάνεται.
Οι διαφορές στη θερμοκρασία, την πίεση και την πυκνότητα τείνουν να εξισορροπούνται οριζόντια μετά από λίγο. Λόγω της δύναμης της βαρύτητας, η πυκνότητα και η πίεση δεν εξισορροπούνται κατακόρυφα. Η πυκνότητα και η πίεση στον πυθμένα θα είναι μεγαλύτερη από ό,τι στην κορυφή.
Η εντροπία είναι ένα μέτρο της εξάπλωσης της ύλης και της ενέργειας παντού όπου έχουν πρόσβαση.
Η πιο συνηθισμένη διατύπωση του δεύτερου θερμοδυναμικού νόμου οφείλεται ουσιαστικά στον Ρούντολφ Κλάους:
Με άλλα λόγια, όλα προσπαθούν να διατηρήσουν την ίδια θερμοκρασία με την πάροδο του χρόνου.
Υπάρχουν πολλές δηλώσεις του δεύτερου νόμου που χρησιμοποιούν διαφορετικούς όρους, αλλά όλες σημαίνουν το ίδιο πράγμα. Μια άλλη δήλωση του Clausius είναι η εξής:
Η θερμότητα δεν μπορεί από μόνη της να περάσει από ένα ψυχρότερο σε ένα θερμότερο σώμα.
Μια αντίστοιχη δήλωση του Λόρδου Κέλβιν είναι:
Ένας μετασχηματισμός του οποίου το μόνο τελικό αποτέλεσμα είναι η μετατροπή της θερμότητας, που προέρχεται από μια πηγή σταθερής θερμοκρασίας, σε έργο, είναι αδύνατος.
Ο δεύτερος νόμος ισχύει μόνο για μεγάλα συστήματα. Ο δεύτερος νόμος αφορά την πιθανή συμπεριφορά ενός συστήματος όπου δεν εισέρχεται ή εξέρχεται ενέργεια ή ύλη. Όσο μεγαλύτερο είναι το σύστημα, τόσο πιο πιθανό είναι να ισχύει ο δεύτερος νόμος.
Ένα απλό στυλιζαρισμένο διάγραμμα του ψυκτικού κύκλου συμπίεσης ατμών μιας αντλίας θερμότητας: 1) συμπυκνωτής, 2) βαλβίδα διαστολής, 3) εξατμιστής, 4) συμπιεστής.
Επισκόπηση
Με μια γενική έννοια, ο δεύτερος νόμος λέει ότι οι διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ συστημάτων που βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους τείνουν να εξισώνονται και ότι από αυτές τις μη ισορροπημένες διαφορές μπορεί να προκύψει έργο, αλλά ότι όταν γίνεται έργο και η εντροπία αυξάνεται, παρατηρείται απώλεια θερμικής ενέργειας. Οι διαφορές πίεσης, πυκνότητας και θερμοκρασίας σε ένα απομονωμένο σύστημα τείνουν να εξισωθούν, αν τους δοθεί η ευκαιρία- η πυκνότητα και η πίεση, αλλά όχι η θερμοκρασία, επηρεάζονται από τη βαρύτητα. Μια θερμική μηχανή είναι μια μηχανική συσκευή που παρέχει χρήσιμο έργο από τη διαφορά θερμοκρασίας δύο σωμάτων.
Αποσπάσματα
| " | Ο νόμος ότι η εντροπία πάντα αυξάνεται, κατέχει, νομίζω, την ανώτατη θέση μεταξύ των νόμων της Φύσης. Αν κάποιος σας επισημάνει ότι η αγαπημένη σας θεωρία του σύμπαντος διαφωνεί με τις εξισώσεις του Μάξγουελ - τότε τόσο το χειρότερο για τις εξισώσεις του Μάξγουελ. Αν διαπιστωθεί ότι διαψεύδεται από την παρατήρηση - λοιπόν, αυτοί οι πειραματιστές κάνουν μερικές φορές λάθη. Αλλά αν η θεωρία σας βρεθεί να αντιτίθεται στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, δεν μπορώ να σας δώσω καμία ελπίδα- δεν υπάρχει τίποτε άλλο για αυτήν παρά να καταρρεύσει σε βαθύτατη ταπείνωση. | " |
--Sir Arthur Stanley Eddington, Η φύση του φυσικού κόσμου (1927)
| " | Η τάση αύξησης της εντροπίας σε απομονωμένα συστήματα εκφράζεται στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής - ίσως την πιο απαισιόδοξη και ανήθικη διατύπωση σε όλη την ανθρώπινη σκέψη. | " |
--Greg Hill και Kerry Thornley, Principia Discordia (1965)
| " | Υπάρχουν σχεδόν τόσες διατυπώσεις του δεύτερου νόμου όσες και οι συζητήσεις γι' αυτόν. | " |
-Φιλόσοφος/Φυσικός P.W. Bridgman, (1941)
Διάφορα
- Οι Flanders και Swann δημιούργησαν μια μελοποιημένη διατύπωση του Δεύτερου Νόμου της Θερμοδυναμικής, με τίτλο "Πρώτος και Δεύτερος Νόμος.
- Ο οικονομολόγος Nicholas Georgescu-Roegen έδειξε τη σημασία του νόμου της εντροπίας στον τομέα της οικονομίας (βλέπε το έργο του The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Ποιος είναι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής;
A: Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής ορίζει ότι όταν η ενέργεια αλλάζει από μια μορφή σε μια άλλη μορφή ή η ύλη κινείται ελεύθερα, η εντροπία (αταξία) σε ένα κλειστό σύστημα αυξάνεται.
Ερ: Τι τείνει να εξομαλύνεται οριζόντια με την πάροδο του χρόνου;
Α: Οι διαφορές στη θερμοκρασία, την πίεση και την πυκνότητα τείνουν να εξισορροπούνται οριζόντια μετά από λίγο.
Ερ: Γιατί η πυκνότητα και η πίεση δεν εξομαλύνονται κατακόρυφα;
Α: Λόγω της δύναμης της βαρύτητας, η πυκνότητα και η πίεση δεν εξισώνονται κάθετα. Η πυκνότητα και η πίεση στον πυθμένα θα είναι περισσότερες από ό,τι στην κορυφή.
Ε: Τι είναι η εντροπία;
Α: Η εντροπία είναι το μέτρο της εξάπλωσης της ύλης και της ενέργειας παντού όπου έχουν πρόσβαση.
Ερ: Ποια είναι η πιο συνηθισμένη διατύπωση για τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής;
Α: Η πιο συνηθισμένη διατύπωση για τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής οφείλεται ουσιαστικά στον Ρούντολφ Κλάους: τα πάντα προσπαθούν να διατηρήσουν την ίδια θερμοκρασία με την πάροδο του χρόνου.
Ερ: Ποια είναι μια άλλη δήλωση του Clausius σχετικά με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής;
Α: Μια άλλη δήλωση του Clausius είναι ότι η θερμότητα δεν μπορεί από μόνη της να περάσει από ένα ψυχρότερο σε ένα θερμότερο σώμα.
Ερ: Σε ποιο είδος συστήματος εφαρμόζεται ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος;
Α: Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής εφαρμόζεται μόνο σε μεγάλα συστήματα, όπου δεν εισέρχεται ή εξέρχεται ενέργεια ή ύλη. Όσο μεγαλύτερο είναι το σύστημα, τόσο πιο πιθανό είναι να ισχύει ο δεύτερος νόμος.
