Tweede wet van de thermodynamica
De tweede wet van de thermodynamica zegt dat wanneer energie verandert van de ene vorm naar de andere, of materie vrij beweegt, de entropie (stoornis) in een gesloten systeem toeneemt.
Verschillen in temperatuur, druk en dichtheid hebben de neiging om na een tijdje horizontaal uit te vlakken. Door de kracht van de zwaartekracht, de dichtheid en de druk worden deze niet gelijkmatig verdeeld in de hoogte. Dichtheid en druk aan de onderkant zullen meer zijn dan aan de bovenkant.
Entropie is een maatstaf voor de verspreiding van materie en energie tot overal waar ze toegang hebben.
De meest voorkomende formulering voor de tweede wet van de thermodynamica is in wezen te danken aan Rudolf Clausius:
Met andere woorden, alles probeert dezelfde temperatuur te behouden in de loop van de tijd.
Er zijn veel uitspraken van de tweede wet die verschillende termen gebruiken, maar allemaal hetzelfde betekenen. Een andere verklaring van Clausius is:
Warmte kan op zichzelf niet overgaan van een kouder naar een heter lichaam.
Een gelijkwaardige verklaring van Lord Kelvin is:
Een transformatie waarvan het enige eindresultaat is dat de warmte, die bij een constante temperatuur aan een bron wordt onttrokken, wordt omgezet in werk, is onmogelijk.
De tweede wet is alleen van toepassing op grote systemen. De tweede wet gaat over het waarschijnlijke gedrag van een systeem waar geen energie of materie in of uit gaat. Hoe groter het systeem is, hoe groter de kans dat de tweede wet zal kloppen.
Een eenvoudig gestileerd schema van de dampcompressiekoelcyclus van een warmtepomp: 1) condensator, 2) expansieventiel, 3) verdamper, 4) compressor.
Overzicht
In algemene zin zegt de tweede wet dat temperatuurverschillen tussen systemen die met elkaar in contact staan de neiging hebben om uit te vlakken en dat er uit deze niet-evenwichtsverschillen gewerkt kan worden, maar dat er verlies van thermische energie optreedt, wanneer er gewerkt wordt en de entropie toeneemt. Druk-, dichtheids- en temperatuurverschillen in een geïsoleerd systeem hebben de neiging om te egaliseren als ze de kans krijgen; dichtheid en druk, maar niet de temperatuur, worden beïnvloed door de zwaartekracht. Een warmtemotor is een mechanisch apparaat dat nuttig werk levert vanuit het verschil in temperatuur van twee lichamen.
Citaten
| “ | De wet die entropie altijd toeneemt, houdt, denk ik, de hoogste positie onder de wetten van de natuur. Als iemand je er op wijst dat je huisdierentheorie van het universum het niet eens is met de vergelijkingen van Maxwell - dan is dat nog veel erger voor de vergelijkingen van Maxwell. Als het door observatie wordt tegengesproken - nou ja, deze experimentalisten doen soms spottende dingen. Maar als jouw theorie tegen de tweede wet van de thermodynamica ingaat, kan ik je geen hoop geven; er is niets anders voor nodig dan in te storten in de diepste vernedering. | ” |
--Sir Arthur Stanley Eddington, The Nature of the Physical World (1927)
| “ | De neiging tot toename van entropie in geïsoleerde systemen wordt uitgedrukt in de tweede wet van de thermodynamica -- misschien wel de meest pessimistische en amorele formulering in het hele menselijke denken. | ” |
--Greg Hill en Kerry Thornley, Principia Discordia (1965)
| “ | Er zijn bijna evenveel formuleringen van de tweede wet als er discussies over zijn geweest. | ” |
-filosoof / natuurkundige P.W. Bridgman, (1941)
Diversen
- Vlaanderen en Swann produceerden een setting van een verklaring van de Tweede Wet van de Thermodynamica op muziek, genaamd "Eerste en Tweede Wet".
- De econoom Nicholas Georgescu-Roegen toonde de betekenis van de Entropiewet op het gebied van de economie aan (zie zijn werk The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Vragen en antwoorden
V: Wat is de tweede wet van de thermodynamica?
A: De tweede wet van de thermodynamica stelt dat wanneer energie van de ene vorm in een andere vorm overgaat, of wanneer materie vrij beweegt, de entropie (wanorde) in een gesloten systeem toeneemt.
V: Wat heeft de neiging om in de loop van de tijd horizontaal gelijk te worden?
Antwoord: Verschillen in temperatuur, druk en dichtheid hebben de neiging om na verloop van tijd horizontaal uit te vlakken.
V: Waarom worden dichtheid en druk niet verticaal geëgaliseerd?
A: Door de zwaartekracht worden de dichtheid en druk verticaal niet geëgaliseerd. De dichtheid en druk aan de onderkant zullen groter zijn dan aan de bovenkant.
V: Wat is entropie?
A: Entropie is een maat voor de verspreiding van materie en energie naar overal waar ze toegang toe hebben.
V: Wat is de meest gebruikte formulering voor de tweede wet van thermodynamica?
A: De meest gebruikte formulering voor de tweede wet van de thermodynamica is in essentie te danken aan Rudolf Clausius: alles probeert in de loop van de tijd dezelfde temperatuur te behouden.
V: Wat is een andere uitspraak van Clausius over de tweede wet van de thermodynamica?
A: Een andere uitspraak van Clausius is dat warmte uit zichzelf niet van een kouder naar een heter lichaam kan gaan.
V: Op welk soort systeem is de tweede wet van de thermodynamica van toepassing?
A: De tweede wet van de thermodynamica geldt alleen voor grote systemen, waar geen energie of materie in of uit gaat. Hoe groter het systeem is, hoe waarschijnlijker het is dat de tweede wet waar is.
