Termodynamiikan toinen laki
Termodynamiikan toinen laki sanoo, että kun energia muuttuu muodosta toiseen tai kun aine liikkuu vapaasti, entropia (epäjärjestys) kasvaa suljetussa järjestelmässä.
Lämpötila-, paine- ja tiheyserot tasoittuvat yleensä jonkin ajan kuluttua vaakasuunnassa. Painovoiman vuoksi tiheys ja paine eivät tasaannu pystysuunnassa. Tiheys ja paine ovat alhaalla suuremmat kuin ylhäällä.
Entropia mittaa aineen ja energian leviämistä kaikkialle, minne ne pääsevät.
Yleisin termodynamiikan toisen lain sanamuoto on pääosin Rudolf Clausiuksen ansiota:
Toisin sanoen kaikki pyrkii säilyttämään saman lämpötilan ajan mittaan.
Toisesta laista on olemassa monia lausumia, joissa käytetään eri termejä, mutta kaikki tarkoittavat samaa asiaa. Toinen Clausiuksen lausuma on:
Lämpö ei voi itsestään siirtyä kylmemmästä kappaleesta kuumempaan.
Lordi Kelvinin vastaava lausunto on:
Muunnos, jonka ainoa lopputulos on vakiolämpötilassa olevasta lähteestä otetun lämmön muuttaminen työksi, on mahdoton.
Toista lakia sovelletaan vain suuriin järjestelmiin. Toinen laki koskee sellaisen systeemin todennäköistä käyttäytymistä, jossa energiaa tai ainetta ei pääse sisään tai ulos. Mitä suurempi järjestelmä on, sitä todennäköisemmin toinen laki pitää paikkansa.
Yksinkertainen tyylitelty kaavio lämpöpumpun höyrynpuristusjäähdytyskierrosta: 1) lauhdutin, 2) paisuntaventtiili, 3) höyrystin, 4) kompressori.
Yleiskatsaus
Yleisesti ottaen toinen laki sanoo, että toisiinsa kosketuksissa olevien systeemien lämpötilaerot tasoittuvat ja että näistä epätasapainoeroista voidaan saada työtä, mutta että lämpöenergiaa menetetään, kun työtä tehdään ja entropia kasvaa. Paine-, tiheys- ja lämpötilaerot eristyneessä järjestelmässä pyrkivät tasoittumaan, jos siihen on mahdollisuus; painovoima vaikuttaa tiheyteen ja paineeseen, mutta ei lämpötilaan. Lämpövoimakone on mekaaninen laite, joka tuottaa hyödyllistä työtä kahden kappaleen lämpötilaerosta.
Lainaukset
| " | Laki, jonka mukaan entropia lisääntyy aina, on mielestäni luonnonlakien ykkönen. Jos joku huomauttaa teille, että lemmikkiteorianne maailmankaikkeudesta on ristiriidassa Maxwellin yhtälöiden kanssa, niin sitä pahempaa Maxwellin yhtälöille. Jos havainto osoittaa sen olevan ristiriidassa sen kanssa - noh, nämä kokeentekijät tekevät joskus virheitä. Mutta jos teorianne havaitaan olevan ristiriidassa termodynamiikan toisen lain kanssa, en voi antaa teille mitään toivoa; sille ei ole muuta mahdollisuutta kuin romahtaa syvimpään nöyryytykseen. | " |
--Sir Arthur Stanley Eddington, The Nature of the Physical World (1927).
| " | Tendenssi, jonka mukaan entropia kasvaa eristyksissä olevissa järjestelmissä, on ilmaistu termodynamiikan toisessa laissa, joka on kenties pessimistisin ja moraalittomin muotoilu kaikessa inhimillisessä ajattelussa. | " |
--Greg Hill ja Kerry Thornley, Principia Discordia (1965).
| " | Toisesta laista on lähes yhtä monta muotoilua kuin siitä on keskusteltu. | " |
--filosofi/fyysikko P.W. Bridgman, (1941).
Miscellaneous
- Flanders ja Swann tuottivat termodynamiikan toisen lain lausuman musiikkiin sovituksen nimeltä "First and Second Law.".
- Taloustieteilijä Nicholas Georgescu-Roegen osoitti entropialain merkityksen taloustieteen alalla (ks. hänen teoksensa The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on termodynamiikan toinen laki?
A: Termodynamiikan toisen lain mukaan kun energia muuttuu muodosta toiseen tai aine liikkuu vapaasti, entropia (epäjärjestys) kasvaa suljetussa järjestelmässä.
K: Millä on taipumus tasoittua vaakasuunnassa ajan myötä?
V: Lämpötila-, paine- ja tiheyseroilla on taipumus tasoittua vaakasuunnassa jonkin ajan kuluttua.
K: Miksi tiheys ja paine eivät tasaannu pystysuunnassa?
V: Painovoiman vuoksi tiheys ja paine eivät tasaannu pystysuunnassa. Tiheys ja paine on alhaalla suurempi kuin ylhäällä.
K: Mitä on entropia?
V: Entropia on mitta, joka kertoo aineen ja energian leviämisestä kaikkialle, minne ne pääsevät.
K: Mikä on termodynamiikan toisen lain yleisin sanamuoto?
V: Termodynamiikan toisen lain yleisin sanamuoto on lähinnä Rudolf Clausiuksen ansiota: kaikki pyrkii säilyttämään saman lämpötilan ajan kuluessa.
K: Mikä on toinen Clausiuksen lausuma termodynamiikan toisesta laista?
V: Toinen Clausiuksen lausuma on, että lämpö ei voi itsestään siirtyä kylmemmästä kappaleesta kuumempaan.
K: Millaiseen järjestelmään termodynamiikan toista lakia sovelletaan?
V: Termodynamiikan toista lakia sovelletaan vain suuriin systeemeihin, joissa energiaa tai ainetta ei pääse sisään tai ulos. Mitä suurempi systeemi on, sitä todennäköisemmin toinen laki pitää paikkansa.
