Wat Is De Tweede Wet Van De Thermodynamica?

{h1}

De tweede wet van de thermodynamica zegt dat entropie in eenvoudige bewoordingen altijd toeneemt. Dit principe verklaart bijvoorbeeld waarom je een ei niet kunt ontcijferen.

De wetten van de thermodynamica beschrijven de relaties tussen thermische energie of warmte en andere vormen van energie, en hoe energie de materie beïnvloedt. De eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd; het totaal aantal stuks van energie in het universum blijft hetzelfde. De tweede wet van de thermodynamica gaat over het kwaliteit van energie. Het stelt dat naarmate energie wordt overgedragen of getransformeerd, meer en meer ervan wordt verspild. De tweede wet stelt ook dat er een natuurlijke tendens is dat een geïsoleerd systeem degenereert tot een meer ongeordende staat.

Saibal Mitra, een professor in de natuurkunde aan de Missouri State University, vindt de tweede wet de meest interessante van de vier wetten van de thermodynamica. "Er zijn een aantal manieren om de Tweede Wet te verklaren," zei hij. "Op een zeer microscopisch niveau, zegt het eenvoudig dat als je een geïsoleerd systeem hebt, elk natuurlijk proces in dat systeem vordert in de richting van toenemende wanorde, of entropie, van het systeem."

Mitra legde uit dat alle processen resulteren in een toename van entropie. Zelfs als de orde op een specifieke locatie wordt verhoogd, bijvoorbeeld door zelf-assemblage van moleculen om een ​​levend organisme te vormen, is er altijd een netto toename van entropie wanneer je het hele systeem inclusief de omgeving in aanmerking neemt. In een ander voorbeeld kunnen kristallen uit een zoutoplossing worden gevormd terwijl het water wordt verdampt. Kristallen zijn meer geordend dan zoutmoleculen in oplossing; echter, verdampt water is veel wanordelijker dan vloeibaar water. Het proces als geheel resulteert in een netto toename van wanorde.

Geschiedenis

In zijn boek, "Een nieuw soort wetenschap", schreef Stephen Wolfram: "Rond 1850 verklaarden Rudolf Clausius en William Thomson (Lord Kelvin) dat warmte niet spontaan uit een kouder lichaam naar een heter lichaam stroomt." Dit werd de basis voor de Tweede Wet.

Latere werken van Daniel Bernoulli, James Clerk Maxwell en Ludwig Boltzmann leidden tot de ontwikkeling van de kinetische theorie van gassen, waarin een gas wordt herkend als een wolk van moleculen in beweging die statistisch kan worden behandeld. Deze statistische benadering maakt een nauwkeurige berekening van temperatuur, druk en volume mogelijk volgens de ideale gaswetgeving.

Deze benadering leidde ook tot de conclusie dat hoewel botsingen tussen afzonderlijke moleculen volledig omkeerbaar zijn, dat wil zeggen, ze werken hetzelfde wanneer ze voorwaarts of achterwaarts worden gespeeld, voor een grote hoeveelheid gas, de snelheden van individuele moleculen de neiging hebben in de loop van de tijd een normaal of Gaussisch te vormen distributie, soms afgebeeld als een "belcurve", rond de gemiddelde snelheid. Het gevolg hiervan is dat wanneer heet gas en koud gas samen in een container worden geplaatst, u uiteindelijk terechtkomt bij warm gas. Het warme gas zal echter nooit spontaan zichzelf scheiden in warm en koud gas, wat betekent dat het proces van het mengen van warme en koude gassen onomkeerbaar is. Dit is vaak samengevat als: "Je kunt een ei niet ontcijferen." Volgens Wolfram besefte Boltzmann rond 1876 dat de reden hiervoor is dat er veel meer ongeordende staten voor een systeem moeten zijn dan dat er geordende staten zijn; daarom zullen willekeurige interacties onvermijdelijk leiden tot grotere wanorde.

Werk en energie

Een ding dat de tweede wet uitlegt, is dat het onmogelijk is om warmte-energie om te zetten in mechanische energie met 100 procent efficiëntie. Na het proces van het verwarmen van een gas om de druk ervan te verhogen om een ​​zuiger aan te drijven, is er altijd wat overgebleven warmte in het gas die niet kan worden gebruikt om extra werk te doen. Deze restwarmte moet worden weggegooid door deze over te brengen naar een koellichaam. In het geval van een automotor wordt dit gedaan door het verbruikte brandstof- en luchtmengsel in de atmosfeer af te voeren. Bovendien produceert elke inrichting met beweegbare delen wrijving die mechanische energie omzet in warmte die in het algemeen onbruikbaar is en moet worden verwijderd uit het systeem door deze over te dragen aan een koellichaam. Dit is de reden waarom claims voor perpetuum mobile-machines summier worden afgewezen door het U.S. Patent Office.

Wanneer een heet en een koud lichaam met elkaar in contact worden gebracht, zal warmte-energie van het hete lichaam naar het koude lichaam stromen totdat zij een thermisch evenwicht bereiken, d.w.z. dezelfde temperatuur. De warmte zal echter nooit de andere kant op gaan; het verschil in temperatuur van de twee lichamen zal nooit spontaan toenemen. Warmte verplaatsen van een koud lichaam naar een heet lichaam vereist werk door een externe energiebron, zoals een warmtepomp.

"De meest efficiënte motoren die we nu bouwen zijn grote gasturbines", zegt David McKee, hoogleraar natuurkunde aan de Missouri State University. "Ze verbranden aardgas of andere gasvormige brandstoffen bij zeer hoge temperaturen, meer dan 2.000 graden C [3.600 F], en de uitlaat die uitkomt is gewoon een stijve, warme bries. Niemand probeert energie te onttrekken aan de restwarmte, want er is gewoon geen zo veel daar. "

De pijl van de tijd

De tweede wet geeft aan dat thermodynamische processen, d.w.z. processen waarbij warmte-energie wordt overgedragen of omgezet, onomkeerbaar zijn omdat ze allemaal leiden tot een toename van de entropie. Misschien is een van de meest consequentiële implicaties van de Tweede Wet, volgens Mitra, dat het ons de thermodynamische pijl van de tijd geeft.

In theorie zien sommige interacties, zoals botsingen van starre lichamen of bepaalde chemische reacties, er hetzelfde uit, of ze nu voorwaarts of achterwaarts worden uitgevoerd. In de praktijk zijn echter alle energie-uitwisselingen onderhevig aan inefficiënties, zoals wrijving en warmteverlies door straling, waardoor de entropie van het systeem dat wordt waargenomen toeneemt. Daarom, omdat er niet zoiets bestaat als een perfect omkeerbaar proces, als iemand vraagt ​​wat de richting van tijd is, kunnen we met vertrouwen antwoorden dat tijd altijd in de richting van toenemende entropie vloeit.

Het lot van het universum

De tweede wet voorspelt ook het einde van het universum, volgens de universiteit van Boston. "Het impliceert dat het universum eindigt in een 'hitte-dood' waarin alles op dezelfde temperatuur is.Dit is het ultieme niveau van wanorde, als alles op dezelfde temperatuur is, kan er geen werk worden gedaan, en alle energie zal eindigen als de willekeurige beweging van atomen en moleculen. "

In de verre toekomst zullen sterren al hun nucleaire brandstof opgebruikt hebben als stinkende restanten, zoals witte dwergen, neutronensterren of zwarte gaten, volgens Margaret Murray Hanson, hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Cincinnati. Ze zullen uiteindelijk verdampen in protonen, elektronen, fotonen en neutrino's, en uiteindelijk een thermisch evenwicht bereiken met de rest van het heelal. Gelukkig voorspelt John Baez, een wiskundig natuurkundige aan de Riverside Riverside, dat dit proces van afkoeling wel 10 jaar kan duren.(10^26) (1 gevolgd door 1026(100 septillion) nullen) jaar met de temperatuur daalt tot ongeveer 10−30 K (10−30 C boven het absolute nulpunt).

Extra middelen

Hier zijn enkele andere verklaringen van de Tweede Wet van de Thermodynamica:

  • NASA's Glenn Research Center geeft een les als het gaat om aerodynamica.
  • De ChemWiki Dynamic Textbook van de universiteit van Californië, Davis, beschrijft de wet, de geschiedenis en toepassingen ervan.
  • FT Exploring, een bron voor wetenschappelijk onderwijs, legt de Tweede Wet in eenvoudige bewoordingen uit.


Video Supplement: 2de wet thermodynamica: alle materie leidt tot wanorde..




Onderzoek


Hoe Birth Simulators Werken
Hoe Birth Simulators Werken

Zelfgemaakte Slimme Bril Vertalen On The Fly
Zelfgemaakte Slimme Bril Vertalen On The Fly

Science Nieuws


Apparaat Zuivert Lucht En Zorgt Voor Energie Op Hetzelfde Moment
Apparaat Zuivert Lucht En Zorgt Voor Energie Op Hetzelfde Moment

Heet Nieuw Onderzoek: De Warmte Van De Aarde Kan Onze Toekomst Bevorderen
Heet Nieuw Onderzoek: De Warmte Van De Aarde Kan Onze Toekomst Bevorderen

Zijn Patenttrollen De Innovatie Versmallen?
Zijn Patenttrollen De Innovatie Versmallen?

Een Man Met Een Levensbedreigende Hartinfectie Werd Gered Door Een Virus Dat Geplukt Werd Uit Een Meer
Een Man Met Een Levensbedreigende Hartinfectie Werd Gered Door Een Virus Dat Geplukt Werd Uit Een Meer

Bekijk Een Robot Salamander Swim And Walk (Video)
Bekijk Een Robot Salamander Swim And Walk (Video)

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com