Connect with us

Znanost

Foto: Pixabay/ Izvor: The Guardian

Fizika

Što nam govori drugi zakon termodinamike?

Termodinamika se bavi proučavanjem topline i energije. U njenom središtu su zakoni koji opisuju kako se energija kreće unutar sustava, bio da je riječ o atomu, uraganu ili crnoj rupi. Prvi zakon opisuje kako energija ne može biti proizvedena niti uništena, može se samo prenositi iz jednog oblika u drugi. Drugi zakon, pak, vjerojatno je poznatiji i čak i dublji zato što opisuje granice djelovanja svemira. Ovaj zakon govori o neučinkovitosti, degeneraciji i propadanju. Govori nam da je sve što radimo inherentno rasipno i da postoje ireverzibilni procesi u svemiru. Daje nam smjer za vrijeme i govori nam da naš svemir ima neopisivo turobnu, pustu sudbinu.

Unatoč ovim pomalo poražavajućim idejama, ideje termodinamike oblikovale su se u vrijeme najvećeg tehnološkog optimizma – doba industrijske revolucije. Fizičari i inženjeri su sredinom 19. stoljeća gradili parne motore za mehanizaciju rada i transporta, te razmišljali kako ih učiniti moćnijima i učinkovitijima.

Mnogi znanstvenici i inženjeri, uključujući Rudolfa Clasiusa, Jamesa Joulea i lorda Kelvina, doprinijeli su razvoju termodinamike, ali otac discipline bio je francuski fizičar Sadi Carnot. Godine 1824. objavio je “Osvrt na pokretačku silu topline” (franc. “Réflexions sur la puissance motrice du feu”), djelo u kojemu je postavio osnovna načela, do kojih je došao opažanjem kretanja energije unutar motora i povezanosti između potrošene topline i korisnog rada.

Drugi zakon može se objasniti na nekoliko načina, a najjednostavnije je da toplina prirodno ide od toplijeg prema hladnijem tijelu. U srcu toga je svojstvo termodinamike koje se zove entropija – u jednadžbama na slici oznaka joj je “S” – mjera količine nereda unutar sustava. Ovo se može pokazati na više načina, primjerice u rasporedu molekula -molekule vode u kocki leda u većem su redu nego nakon što se zagriju u plin. Molekule vode u kocki leda su unutar dobro definirane rešetke, dok u plinu plutaju nepredvidljivo. Entropija kocke leda je, dakle, manja od entropije plina. Isto tako, entropija tanjura je veća kada je u komadima na podu nego kada je u sudoperu u jednom komadu.



Formalnija definicija entropije prilikom topline koja se kreće unutar sustava dana je u prvoj jednadžbi. Infinitezimalna promjena u entropiji sustava (dS) izračunata je mjerenjem količine topline koja je ušla u zatvoreni sustav (δQ), koja je zatim podijeljena sa zajedničkom temperaturom (T) u točki u kojoj se dogodio prijenos topline.

Druga jednadžba je način opisivanja drugog zakona termodinamike u odnosu na entropiju. Formula kaže da entropija izoliranog prirodnog sustava uvijek teži ostati ista ili se povećati – drugim riječima, energija u svemiru postupno se kreće prema neredu. Naš početni opis drugog zakona izvire iz ove jednadžbe: toplina ne može spontano protjecati iz hladnog objekta (niska entropija) u topli objekt (visoka entropija) u zatvorenom sustavu zato što bi to kršilo jednadžbu. (Frižideri naizgled krše ovo pravilo jer mogu zamrznuti stvari do puno nižih temperatura od zraka oko njih. Ali frižideri ne narušavaju drugi zakon zato što nisu izolirani sustavi – imaju kontinuirani pritok električne energije koja ispumpava toplinu iz njihove unutrašnjosti. Frižider zagrije prostor oko sebe i ako bi se isključio iz struje, prirodno bi se vratio u toplinsku ravnotežu s prostorom.)

Ova formula nameće smjer vremenu; dok bi svaki drugi fizikalni zakon koji poznajemo bio isti bez obzira na to ide li vrijeme unaprijed ili unatrag, to nije točno za drugi zakon termodinamike. Lonac kipuće vode teško da će ikada postati kocka leda, koliko god vremena da ga ostavite na izvoru topline. Razbijeni tanjur nikad se neće sam ponovno sastaviti, jer bi to reduciralo entropiju sustava kršenjem drugog zakona termodinamike. Neki procesi su nepovratni, uočio je Carnot.

Carnot je proučavao parne motore koji rade sagorijevanjem goriva da bi zagrijali cilindar koji sadrži paru, koja se potom širi i pritišće klip koji zatim čini nešto korisno. Dio energije izvučene iz goriva radi nešto korisno, što se zove rad, a ostatak je izgubljena (i neuredna) energija koju zovemo toplina. Carnot je pokazao da se može predvidjeti teoretski maksimum učinkovitosti parnog motora mjerenjem razlike u temperaturama pare unutar cilindra i zraka oko njega, što se u termodinamici naziva toplim i hladnim spremnicima sustava.

Toplinski motori funkcioniraju zato što toplina prirodno prolazi od toplih do hladnih mjesta. Kada ne bi postojao hladni spremnik prema kojemu bi se kretala, ne bi bilo protoka topline i motor ne bi radio. Nijedan toplinski motor ne može biti stopostotno učinkovit zato što je hladni spremnik uvijek iznad apsolutne nule.

Najbolje dizajnirani motori stoga zagrijavaju paru (ili drugi plin) do najviše moguće temperature, a zatim otpuste ispušni plin na najnižoj mogućoj temperaturi. Najmoderniji parni motori postižu do 60 posto učinkovitosti, a dizeli motori u automobilima imaju učinkovitost oko 50 posto. Motori s unutarnjim izgaranjem na bazi benzina rasipaju puno više energije iz goriva.

Neučinkovitosti su dio svakog sustava koji koristi energiju i mogu se opisati termodinamički. Ta izgubljena energija znači da će se sveukupni nered svemira – njegova entropija – s vremenom povećavati, ali će u nekoj točki dosegnuti maksimum. U ovom trenutku u nekoj nezamislivo dalekoj budućnosti, energija svemira bit će jednako raspoređena pa će, za sve makroskopske svrhe, biti beskorisna. Kozmolozi ovo zovu “toplinskom smrti” svemira, neizbježnom posljedicom nezaustavljivog marša entropije.

Tražili ste na googlu:

drugi zakon termodinamike, zakon termodinamike

46 komentara

46 Comments

  1. Marcelinho Moraes

    rujan 9, 2017 kod 6:18 pm

    To nije sve tako kad u srcu spoznate našeg spasitelja Isusa Krista.

    • Edib Mušović

      rujan 9, 2017 kod 7:49 pm

      Ako je Isus spasitelj, šta je onda Onaj kome se Isus zahaljivao? 😉

    • Dino Alberini

      rujan 9, 2017 kod 8:49 pm

      Thor gleda što pišeš i ne sviđa mu se. Kad grmi izlaziš na vlastitu odgovornost.

    • Rasid Sarac

      rujan 9, 2017 kod 10:33 pm

      budi dobar vijernik, placaj clanarinu i na sudnjem danu ce jedan model da zamoli boga da ti se oproste grijesi… pa sunce mu kalaisano, nemoj grijesiti

  2. Edib Mušović

    rujan 9, 2017 kod 7:50 pm

    Neistinit tekst. Postoje sile koje razgrađuju, ali i sile koje sakupljaju i tvore…

  3. Ana Ercegovac

    rujan 9, 2017 kod 8:47 pm

    Sve napisano vrijedi samo u teoriji da svemir promatramo kao zatvoreni sustav, a s obzirom na računanje Hubbleove konstante mjerenjem pozadinskog zračenja svemira koje upućuje na to da se svemir zapravo ubrzano širi donekle se pobija teorija o toplinskoj smrti, također poštivajući zakon o očuvanju energije (ponegdje čak i naveden kao princip!) teorija o toplinskoj smrti postaje vrlo upitna i zato bi u članku trebalo naglasiti da se radi o teoriji.

    • Tomislav Primorac

      rujan 10, 2017 kod 11:02 am

      Ubrzano širenje svemira nije u koliziji sa idejom da je svemir zatvoren sustav, ukoliko sam uspio točno shvatit šta se hoće reć u prvoj rečenici. A to da je teorija, svakome tko dobro razumije ideju pojma teorija, se ne treba naglašavat.

  4. Marioo Fa

    rujan 9, 2017 kod 9:29 pm

    Kakvi komentari….uvijek kontra….Glavno da ima ljudi koji znaju nesto sto eto znanstvenici neznaju….

  5. Yourica Lönchar

    rujan 9, 2017 kod 11:14 pm

    Domjan Bonacin

  6. Vesna Lokar

    rujan 10, 2017 kod 2:18 am

    Božja Riječ je puna zakona termodinamike. Fascinantno.
    1. Zakon termodinamike = Bog je vječan i nestvoren (izvan vremena)
    2. Zakon termodinamike = sve je osuđeno na propast (unutar vremena)
    Božji zakon = Bog je tako ljubio svijet da je dao svoga jedinoga Sina da svaki koji vjeruje u njega NE PROPADNE, nego ima život vječni. Odnosno, da ne bude podložan drugom zakonu termodinamike, već prvom; izađe iz vremena u vječnost.

    • Dragan Blaskovic

      rujan 10, 2017 kod 7:13 am

      Boziji zakon , koga su guzili adamovi sinovi ???

    • Igor Sertić

      rujan 18, 2017 kod 11:11 am

      Tako je! Odin i njegov sin Thor čuvaju svemir od propadanja!

    • Lovre de Grisogono

      rujan 19, 2017 kod 6:37 pm

      odin, thor? e ne znan ja. mene su ucili da je zeus i njegova curma atena, hefest, ares i tako dalje redom. ko sljivi fiziku, nismo se obogatili sunjon 😛

    • Žarko Radulović

      rujan 19, 2017 kod 7:04 pm

      vas dvojica prvi na lomacu idete kad vratimo Cernoboga i Velesa

    • Vesna Lokar

      rujan 19, 2017 kod 7:13 pm

      Kako se ateisti odmah uznemire na spomen Isusa. Čak i demoni vjeruju da Bog postoji i boje ga se, znači li to da su ateisti gori od demona? 😀

    • Igor Sertić

      rujan 19, 2017 kod 8:39 pm

      Odin je pokorio demone i ledene divove. Isus je samo umro na križu. No ti to ne shvaćaš jer si grešna jer nisi djevica i zato nikaj od Valhale za tebe..

    • Vesna Lokar

      rujan 20, 2017 kod 2:17 am

      Ateisti vole jako mitologiju. Volim i ja mitologiju jer pokazuje obrazac borbe dobra i zla, kao i potrebu za spasenjem. Da, Isus je umro na križu i uskrsnuo.
      Isus je živ, a vaš izmišljeni junaci su samo slovo na papiru. Bit će vam Odin i Thor na sudnjem danu. Svakome po njihovim željama. 🙂

    • Vesna Lokar

      rujan 20, 2017 kod 2:18 am

      😀

    • Lovre de Grisogono

      rujan 20, 2017 kod 6:15 am

      nisam znao da je tvoj isus Jedi vitez. ajde da sam nes novo naucio.

    • Žarko Radulović

      rujan 20, 2017 kod 6:19 am

      Cek, sam ja nes fulao na vjeronauku? Kako je Isus ziv?

    • Lovre de Grisogono

      rujan 20, 2017 kod 6:21 am

      pa ne vidis li kako je obucen. on je zapravo sith lord koji je doso do tajne vjecnog zivota i besmrtnosti. al mu bijela boja bolje stoji 😛

    • Igor Sertić

      rujan 20, 2017 kod 10:37 am

      Nije isus sith jer nema mač.. no Thor ima malj.. ko je jači, sami prosudite. Btw, Odina i Thora nisu nikad pribili na križ!

      Odin je živ, a vaš izmišljeni junaci su samo mrtvo slovo na papiru. Bit će vam Isus na sudnjem danu. Svakome po njihovim željama.

  7. Gabrijel Guberović

    rujan 10, 2017 kod 6:57 am

    Najdepresivniji zakon prirode, ultimativni razlog za Weltschmerz. Mislim da se u biti zbog ovoga i objesio Boltzmann.

    • Tomislav Primorac

      rujan 10, 2017 kod 11:09 am

      Mislim da se Boltzman objesio, ukoliko bi mogli pretpostavit da njegovi razlozi dolaze samo iz znanstvenog, a zanemariti privatni život, ponajviše radi toga što je bio atomist i zagovarao mikrostrukturu materije dok je većina u to vrijeme smatrala nedjeljivost materija na sitnije komadiće, te ga ismijavala radi njegove ideje.

    • Gabrijel Guberović

      rujan 10, 2017 kod 11:13 am

      Ma OK, ovaj moj komentar je više duhovit nego precizan. Ali ostaje činjenica da je jednosmjernost termodinamičkih procesa vrlo turobna datost prirodnog svijeta. Nitko od nas sutra neće biti dan mlađi i lijepši, nego dan stariji i bliži smrti.

    • Tomislav Primorac

      rujan 10, 2017 kod 11:19 am

      Onda ovaj stripić dobro pogađa 🙂 Ne zamjeri što sam se nadovezao.
      A po pitanju turobnosti tog zakona, pa taj zakon je nekako glavni problem i pitanje ljudskog postojanja. Rodimo se, starimo, umremo. Drugi zakon termodinamike.

    • Gabrijel Guberović

      rujan 10, 2017 kod 11:36 am

      Strip je odličan 🙂

  8. Luka Marinović-pl Grgurević

    rujan 10, 2017 kod 8:36 am

    Je li Život onda odgovor na Svemir i njegovu Entropiju? Jesmo li uistinu ovdje kako bi učinili veći red od neuređenog sustava? Ili smo, kako kaže jedan pjesnik, uistinu ovdje zbog “ravnoteže među Zvijezdama”? <3 😉

    • Alen Štimac

      rujan 10, 2017 kod 9:39 am

      Odlično, slažem se!

    • Gabrijel Guberović

      rujan 10, 2017 kod 11:36 am

      Ne, ti zakoni se primjenjuju i na živa stvorenja. Svi smo vezani užasnom sudbinom Svemira. Dapače, svaki pomak, svaki udah, svaki otkucaj srca, svaka misao popračeni su tim termodinamičkim procesima. Ako išta, aktivnostima svojih života samo ubrzavamo kraj. Premda, jasno je da smo mi bezznačajni u svemu tome.

    • Luka Marinović-pl Grgurević

      rujan 10, 2017 kod 2:49 pm

      Gabrijel, ne bi se složio s tobom. Već naprotiv, život je upravo obrnut Entropiji Svemira. Uređenje u kaosu, podizanje energije u odnosu na razlaganje, uzdizanje u odnosu na spuštanje… 😉

    • Tiho Perković

      rujan 10, 2017 kod 5:09 pm

      Prema ovakvom opisu entropije, život uopće ne bi trebao postojati.

  9. Tomislav Primorac

    rujan 10, 2017 kod 11:04 am

    Davajući smjer vremenu ustvari nam daje i samo vrijeme, budući da vrijeme ne bi bilo suštinski onakvo kakvo jest da nije upravo ireverzibilno 🙂 Svakako zanimljiva tematika

  10. Dražen Dvorski

    rujan 10, 2017 kod 5:13 pm

    Osnovni i glavni problem ili nedostatak bolje rečeno kod znastvenih činjenica je njihovo nepoznavanje osnovnih principa duhovnih zakona koji su iznad svih mogučih fizikalno-kemijskih ili termodimamičkih konstanta. Štoviše samo iznimni znastvenici koji spoznaju te duhovne principe mogu uistinu doznati više od prosječnog znanstvenika. Dokaz-Einstein i još poneki ali ti su stvarno iznimka.

    • Željko Radovanović

      rujan 11, 2017 kod 11:36 am

      Pogresnog znanstvenika si uzeo za primjer. Prouci malo njegov uspon.

    • Lovre de Grisogono

      rujan 20, 2017 kod 6:18 am

      einstein je bio ateist i djubre od covjeka. odlican primjer za osobu koja je spoznala “duhovne zakone”.

  11. Nedžad Alendar

    rujan 10, 2017 kod 6:26 pm

    Govori nam da sve ovo sto postoji nije nikako moglo nastati slucajno vec kontrolisanim djelovanjem.

  12. Nataša Čagalj Petrović

    rujan 10, 2017 kod 10:26 pm

    Srećom, sudbina svemira ne ovisi o inženjerskim proračunima i nabrzinu sklepanim člancima. Inače ga već davno ne bi bilo 😉

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Nužna polja su označena s *

Više u Fizika

Popularno

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh