החוק השני של התרמודינמיקה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

החוק השני של התרמודינמיקה הוא חוק פיזיקלי בסיסי. לחוק מספר ניסוחים שקולים, ובהם:

  1. אין תהליך שהתוצר היחיד שלו הוא הפיכת חום לעבודה (ניסוח החוק השני על פי הלורד קלווין).
  2. זרימה ספונטנית של חום תמיד תתרחש מגוף חם יותר לגוף קר יותר, ולעולם לא להפך. (ניסוח החוק על פי קלאוזיוס).
  3. כמות האנטרופיה במערכת סגורה לעולם לא קטֵנה ויכולה רק לגדול.

מסקנה חשובה מהחוק השני, היא כי לא ייתכן מנוע בעל נצילות גבוהה יותר מזו של מנוע קרנו. מסקנה זו מהחוק השני שמה חסם עליון על כמות העבודה (או, האנרגיה בת השימוש) שניתן להפיק ממאגרי חום נתונים.

אחת המסקנות מכאן היא שכיוון התקדמות הזמן נמדד עם כיוון שינוי האנטרופיה. בספרו "קיצור תולדות הזמן" אומר סטיבן הוקינג "עליית אי הסדר (האֶנטרופיה) עם הזמן היא דוגמה אחת למ‏ה שקרוי חץ הזמן - דבר־מה המבדיל בין עבר לעתיד".

מסקנה נוספת מהחוק השני של התרמודינמיקה היא, שלמרות השימור הפורמלי של האנרגיה בעולם, למעשה חלק מהאנרגיה כאילו "הולך לאיבוד" כיוון שהוא הופך לחום אשר מתפזר ואשר לא ניתן לאספו מחדש ולהפכו לאנרגיה שימושית ללא השקעת אנרגיה נוספת.

מהניסוח השלישי של החוק קל להבין שכל אמצעי קירור יכול לקרר אזור מוגבל, ובהכרח יחמם את שאר הסביבה - לדוגמה, מקרר בחדר סגור יחמם את החדר, בין אם הוא פתוח (לאורך זמן) ובין אם הוא סגור.

ניסוח מתמטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

ההגדרה הדיפרנציאלית של החוק השני של התרמודינמיקה היא, שבתהליך מחזורי,  \Delta S\geq 0 , כאשר  \Delta S הוא השינוי באנטרופיה במשך מחזור אחד של התהליך. שוויון מתקיים אם ורק אם התהליך המתבצע הוא תהליך הפיך, תהליך שיכול לעבוד באופן זהה במהלכו הרגיל, או לאחור. שוויון שכזה מתקבל, למשל, במכונת קרנו.

תנועה נצחית[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – תנועה נצחית

החוק השני הוא המונע יצירתם של מכונות תנועה נצחית (בלטינית: Perpetuum Mobile). מכונות אלו מאפשרות, להלכה, להפיק אנרגיה מ"מאגר חום" באנרגיה נמוכה יותר. לדוגמה, על ידי קירור ליטר אחד של מים במעלת צלזיוס, ניתן לשאוב אנרגיה העומדת על אלף קלוריות, או, 4184 ג'אול, ללא תוצאות לוואי פרט לקירור המים. ברם, החוק השני אינו מאפשר לנו לשאוב אנרגיית חום על מנת להפיק עבודה, שלא על ידי העברת האנרגיה לגוף קר יותר.

בתרבות פופולרית[עריכת קוד מקור | עריכה]

סיפורו הקצר של אייזק אסימוב, השאלה האחרונה, דן בקיומו ובהשפעותיו של החוק השני של התרמודינמיקה.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]