Druga zasada termodynamiki

To jest dopiero zaczątek artykułu - jeśli możesz nam pomóc - napisz do nas.


2 zasada termodynamiki zwana jest też zasadą wzrostu entropii.

Entropia jest to funkcja stanu, określająca kierunek przebiegu procesów spontanicznych (samorzutnych) w odosobnionym układzie termodynamicznym. Entropia jest miarą stopnia nieuporządkowania układu

Każdy układ dąży do stanu, który może być w danych warunkach zrealizowany na jak najwięcej sposobów; dąży więc on do maksymalizacji entropii.

Co oznacza II zasada termodynamiki?


Przykład "stos dokumentów"

Wyobraźmy sobie leżący na stole stos 100 dokumentów. Dokumenty są ułożone w kolejności zgodnej z numeracją ich stron, ale nie są ze sobą w żaden sposób spięte. Jeżeli zostawimy te dokumenty w pokoju z uchylonym oknem, możemy spodziewać się, że prędzej czy później wiatr zdmuchnie je z biurka i rozsypie po podłodze.

Jak ułożą się rozwiane dokumenty?

Intuicja mówi nam, że właściwie to się nie ułożą, a bezładnie rozpierzchną po powierzchni podłogi. I bardzo dobrze! Zadajmy sobie pytanie - czy istnieje taka możliwość, żeby dokumenty rozwiane przez wiatr, mogły ułożyć się ponownie w tej samej kolejności, w której leżały na stole. Oczywiście jest to zgodnie ze znanymi nam prawami fizyki możliwe.

Dlaczego więc dokumenty, chociaż mogą nie układają się zgodnie z numeracją stron?

Powyższe pytanie jest najważniejsze i już ono samo obrazuje w istocie działanie II zasady termodynamiki. Jeżeli podejdziemy do tematu patrząc na prawdopodobieństwa kolejnych zdarzeń, możemy zauważyć, że takich stanów ułożenia dokumentów, aby były w poprawnej kolejności jest tylko jeden. Ale jeżeli zamienimy tylko dwie strony kolejnością otrzymujemy już ponad 100 (!) możliwych sposobów ułożenia dokumentów, tak aby ów warunek częściowego (ale nadal bardzo wysokiego) uporządkowania był spełniony. Już teraz nie zmuszając się do rozpatrywania sytuacji w których zamieniona jest kolejność trzech, czterech, itd stron możemy zauważyć, że przyjmując iż każde ułożenie jest w miarę równo prawdopodobne, zwyczajne prawdopodobieństwo mówi nam, że taki stan, kiedy dokumentu ułożą się tak jak były na początku jest bardzo bardzo rzadki.

Tłumaczenie przykładu "stos dokumentów" na język nauki.

Możemy teraz nazwać miarę tego, jak dobrze posortowane są nasze dokumenty. W fizyce (być może trochę nie intuicyjnie) przyjmujemy, że taką miarą jest entropia - ale uwaga! - entropia będzie oznaczać nie jak dobrze są one posortowane, a wręcz przeciwnie - jak bardzo są nieuporządkowane!

Konkludując: Druga zasada termodynamiki mówi, że entropia w każdym układzie rośnie, czyli z czasem każdy układ będzie stawał się coraz bardziej nieuporządkowany.

Konsekwencje drugiej zasady termodynamiki


Perpetuum mobile

Druga zasada termodynamiki wskazuje na brak możliwości istnienia perpetuum mobile. Perpetuum mobile to silnik lub urządzenie, które z założenia powinno pracować wiecznie - znajdować się w ciągłym ruchu. Dokładniej rzecz ujmując, perpetuum mobile podzielono na dwa rodzaje, żeby rozróżnić, jak bardzo sprzeczne są one z naszym obecnym stanem wiedzy. Tak więc:

Strzałka czasu

Warto tutaj jako ciekawostka wspomnieć o tym, że współcześnie próbujemy strzałkę czasu, a więc kierunek, w którym biegnie czas definiować jako rezultat wzrostu entropii we wszechświecie.

Śmierć cieplna Wszechświata

Inną obserwacją wynikającą z II zasady termodynamiki, jest przygnębiająca hipoteza nieuniknionej śmierci cieplnej Wszechświata. Zakładając że Wszechświat jest układem izolowanym, możemy wnioskować, że w końcu osiągnie stan całkowitego nieuporządkowania, w którym żadne życie ani nawet struktury nie będą już mogły istnieć. Hipoteza ta ma zarówno wielu przeciwników jak i zwolenników.