{"id":21041680,"date":"2020-02-08T15:12:00","date_gmt":"2020-02-08T14:12:00","guid":{"rendered":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/?p=21041680"},"modified":"2020-02-08T15:12:22","modified_gmt":"2020-02-08T14:12:22","slug":"sto-nam-govori-drugi-zakon-termodinamike","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/fizika-i-kemija\/fizika\/sto-nam-govori-drugi-zakon-termodinamike\/","title":{"rendered":"\u0160to nam govori drugi zakon termodinamike?"},"content":{"rendered":"\n

Termodinamika <\/a>se bavi prou\u010davanjem topline i energije. U njenom sredi\u0161tu su zakoni koji opisuju kako se energija kre\u0107e unutar sustava, bio da je rije\u010d o atomu, uraganu ili crnoj rupi. Prvi zakon termodinamike opisuje kako energija ne mo\u017ee biti proizvedena niti uni\u0161tena, mo\u017ee se samo prenositi iz jednog oblika u drugi. Drugi zakon termodinamike, pak, vjerojatno je poznatiji i \u010dak i dublji zato \u0161to opisuje granice djelovanja svemira. Ovaj zakon govori o neu\u010dinkovitosti, degeneraciji i propadanju. Govori nam da je sve \u0161to radimo inherentno rasipno i da postoje ireverzibilni procesi u svemiru. Daje nam smjer za vrijeme i govori nam da na\u0161 svemir ima neopisivo turobnu, pustu sudbinu.<\/p>\n\n\n\n

Unato\u010d ovim pomalo pora\u017eavaju\u0107im idejama, ideje termodinamike oblikovale su se u vrijeme najve\u0107eg tehnolo\u0161kog optimizma – doba industrijske revolucije. Fizi\u010dari i in\u017eenjeri su sredinom 19. stolje\u0107a gradili parne motore za mehanizaciju rada i transporta, te razmi\u0161ljali kako ih u\u010diniti mo\u0107nijima i u\u010dinkovitijima.<\/p>\n\n\n\n

Mnogi znanstvenici i in\u017eenjeri, uklju\u010duju\u0107i Rudolfa Clasiusa, Jamesa Joulea i lorda Kelvina, doprinijeli su razvoju termodinamike, ali otac discipline bio je francuski fizi\u010dar Sadi Carnot<\/a>. Godine 1824. objavio je “Osvrt na pokreta\u010dku silu topline” (franc. “R\u00e9flexions sur la puissance motrice du feu”), djelo u kojemu je postavio osnovna na\u010dela, do kojih je do\u0161ao opa\u017eanjem kretanja energije unutar motora i povezanosti izme\u0111u potro\u0161ene topline i korisnog rada.<\/p>\n\n\n\n

Drugi zakon termodinamike mo\u017ee se objasniti na nekoliko na\u010dina, a najjednostavnije je da toplina prirodno ide od toplijeg prema hladnijem tijelu. U srcu toga je svojstvo termodinamike koje se zove entropija – u jednad\u017ebama na slici oznaka joj je “S” – mjera koli\u010dine nereda unutar sustava. Ovo se mo\u017ee pokazati na vi\u0161e na\u010dina, primjerice u rasporedu molekula -molekule vode u kocki leda u ve\u0107em su redu nego nakon \u0161to se zagriju u plin. Molekule vode u kocki leda su unutar dobro definirane re\u0161etke, dok u plinu plutaju nepredvidljivo. Entropija kocke leda je, dakle, manja od entropije plina. Isto tako, entropija tanjura je ve\u0107a kada je u komadima na podu nego kada je u sudoperu u jednom komadu.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Formalnija definicija entropije prilikom topline koja se kre\u0107e unutar sustava dana je u prvoj jednad\u017ebi. Infinitezimalna promjena u entropiji sustava (dS) izra\u010dunata je mjerenjem koli\u010dine topline koja je u\u0161la u zatvoreni sustav (\u03b4Q), koja je zatim podijeljena sa zajedni\u010dkom temperaturom (T) u to\u010dki u kojoj se dogodio prijenos topline.<\/p>\n\n\n\n

Druga jednad\u017eba je na\u010din opisivanja drugog zakona termodinamike u odnosu na entropiju. Formula ka\u017ee da entropija izoliranog prirodnog sustava uvijek te\u017ei ostati ista ili se pove\u0107ati – drugim rije\u010dima, energija u svemiru postupno se kre\u0107e prema neredu. Na\u0161 po\u010detni opis drugog zakona izvire iz ove jednad\u017ebe: toplina ne mo\u017ee spontano protjecati iz hladnog objekta (niska entropija) u topli objekt (visoka entropija) u zatvorenom sustavu zato \u0161to bi to kr\u0161ilo jednad\u017ebu. (Fri\u017eideri naizgled kr\u0161e ovo pravilo jer mogu zamrznuti stvari do puno ni\u017eih temperatura od zraka oko njih. Ali fri\u017eideri ne naru\u0161avaju drugi zakon termodinamike zato \u0161to nisu izolirani sustavi – imaju kontinuirani pritok elektri\u010dne energije koja ispumpava toplinu iz njihove unutra\u0161njosti. Fri\u017eider zagrije prostor oko sebe i ako bi se isklju\u010dio iz struje, prirodno bi se vratio u toplinsku ravnote\u017eu s prostorom.)<\/p>\n\n\n\n

Ova formula name\u0107e smjer vremenu; dok bi svaki drugi fizikalni zakon koji poznajemo bio isti bez obzira na to ide li vrijeme unaprijed ili unatrag, to nije to\u010dno za drugi zakon termodinamike. Lonac kipu\u0107e vode te\u0161ko da \u0107e ikada postati kocka leda, koliko god vremena da ga ostavite na izvoru topline. Razbijeni tanjur nikad se ne\u0107e sam ponovno sastaviti, jer bi to reduciralo entropiju sustava kr\u0161enjem drugog zakona termodinamike. Neki procesi su nepovratni, uo\u010dio je Carnot.<\/p>\n\n\n\n

Carnot je prou\u010davao parne motore koji rade sagorijevanjem goriva da bi zagrijali cilindar koji sadr\u017ei paru, koja se potom \u0161iri i priti\u0161\u0107e klip koji zatim \u010dini ne\u0161to korisno. Dio energije izvu\u010dene iz goriva radi ne\u0161to korisno, \u0161to se zove rad, a ostatak je izgubljena (i neuredna) energija koju zovemo toplina. Carnot je pokazao da se mo\u017ee predvidjeti teoretski maksimum u\u010dinkovitosti parnog motora mjerenjem razlike u temperaturama pare unutar cilindra i zraka oko njega, \u0161to se u termodinamici naziva toplim i hladnim spremnicima sustava.<\/p>\n\n\n\n

Toplinski motori funkcioniraju zato \u0161to 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 mo\u017ee biti stopostotno u\u010dinkovit zato \u0161to je hladni spremnik uvijek iznad apsolutne nule.<\/p>\n\n\n\n

Najbolje dizajnirani motori stoga zagrijavaju paru (ili drugi plin) do najvi\u0161e mogu\u0107e temperature, a zatim otpuste ispu\u0161ni plin na najni\u017eoj mogu\u0107oj temperaturi. Najmoderniji parni motori posti\u017eu do 60 posto u\u010dinkovitosti, a dizeli motori u automobilima imaju u\u010dinkovitost oko 50 posto. Motori s unutarnjim izgaranjem na bazi benzina rasipaju puno vi\u0161e energije iz goriva.<\/p>\n\n\n\n

Neu\u010dinkovitosti su dio svakog sustava koji koristi energiju i mogu se opisati termodinami\u010dki. Ta izgubljena energija zna\u010di da \u0107e se sveukupni nered svemira – njegova entropija – s vremenom pove\u0107avati, ali \u0107e u nekoj to\u010dki dosegnuti maksimum. U ovom trenutku u nekoj nezamislivo dalekoj budu\u0107nosti, energija svemira bit \u0107e jednako raspore\u0111ena pa \u0107e, za sve makroskopske svrhe, biti beskorisna. Kozmolozi ovo zovu “toplinskom smrti” svemira, neizbje\u017enom posljedicom nezaustavljivog mar\u0161a entropije.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Termodinamika se bavi prou\u010davanjem topline i energije. U njenom sredi\u0161tu su zakoni koji opisuju kako se energija kre\u0107e unutar sustava, bio da je rije\u010d o atomu, uraganu ili crnoj rupi. Prvi zakon termodinamike opisuje kako energija ne mo\u017ee biti proizvedena niti uni\u0161tena, mo\u017ee se samo prenositi iz jednog oblika u drugi. Drugi zakon termodinamike, pak, […]<\/p>\n","protected":false},"author":10022,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_lmt_disableupdate":"","_lmt_disable":"","footnotes":""},"categories":[16333],"tags":[19505,16464,19504,18832],"class_list":["post-21041680","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-fizika","tag-drugi-zakon-termodinamike","tag-energija","tag-termodinamika","tag-toplina"],"modified_by":null,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21041680","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/users\/10022"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=21041680"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21041680\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21041680"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=21041680"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/geek.hr\/znanost\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=21041680"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}