Entroopia ja teine seadus

Termodünaamika teine seadus

Entroopia mõõdab, kui laiali või korratud süsteemi energia on. Iga kord, kui soojus voolab objet sisse, tema entroopia tõuseb — ja teine seadus ütleb, et isoleeritud süsteemi koguentroopia ei kahane kunagi, ainult püsib samana või kasvab. Seepärast soojus voolab alati isesta kuumalt külemale ja seepärast masinad ei saa kunagi kogu oma soojuse kasulikuks tööks muuta.

Valem

ΔS = Q / T

  • ΔS — entroopia muutus (J/K): kui palju süsteemi entroopia kasvab
  • Q — soojus (J): soojusenergia, mis voolab süsteemi sisse
  • T — temperatuur (K): absoluutne temperatuur, mil soojus lisatakse

Lahendatud näide

600 džauli soojust voolab suurde veepaaki, hoitud kindlal 300 kelvinil. Kui palju vee entroopia kasvab?

  • Q = 600 J
  • T = 300 K
  1. ΔS = Q / T
  2. ΔS = 600 J / 300 K

ΔS = 2 J/K

Kontrolli end

Sama 600 džauli soojust voolab nüüd jahedamasse paaki 200 kelvinil. Missugune on entroopia muutus?
  • 1200 J/K
  • Õige vastus: 3 J/K
  • 0.33 J/K

Õigesti! ΔS = 600 J ÷ 200 K = 3 J/K. Jahedam objekt võidab sama soojushulga eest rohkem entroopiat.

Miks soojus voolab kuumast kohvitassist jahedamasse toaõhku ja mitte kunagi vastupidi?
  • Õige vastus: Sest see suurendab koguentroopiat
  • Sest see vähendab koguentroopiat
  • Sest mõlemad suunad hoiavad entroopia täpselt võrdsena

Täpselt — sama soojus annab jahedamas õhus suurema entroopia võidu kui entroopia, mille ta kuumast kohvist ära võtab, seega koguentroopia tõuseb.

Kus sa seda näed

Kuum kohv jahtub toatemperatuurile ja ei soojene isespäi kunagi tagasi; maha kukkunud kruus puruneb ega pannakse end iial uuesti kokku; jää sulab sinu joogis ega jäätu seal kunagi uuesti. Igaüks neist ühesuunalistest igapäevasündmustest on teine seadus näidata oma nägu — igaüks juhtub nii, nagu ta juhtub, sest see suund tõstab koguentroopiat.

Tüüpilised vead

Entroopia käsitlemine ebamäärase sünonüümina märatusele peidab tegeliku aritmeetika: muutus on soojus jagatud temperatuuriga, ΔS = Q / T, seega 600 J voolamine 300 K paaki tõstab entroopiat 2 J/K. Siis vastupidine pool: sama 600 J jahedamasse 200 K paaki annab 3 J/K — jahedam objekt võidab sama soojuse eest ROHKEM entroopiat, mis on täpselt põhjus, miks soojus voolab kuumalt külemale ega iial tagasi. Seadus juhib isoleeritud süsteemide koguentroopiat; külmkapp jahutab oma sisemust ainult entroopiat mujal tõstes.

Kuidas see seondub

Teine seadus on mitte-kunagi selle mooduli kahe varasema mitte-kunagi taga: soojus voolamine ainult kuumalt külmale (kalorimeetria avafakt) ja ühegi masina täielik muundamine (Carnot' piir) on mõlemad entroopia raamatupidamine. Ta sulgeb termodünaamika üksuse kui füüsika ainus põhiseadus sisseehitatud aja suunaga — universumi koguentroopia ronib, pöördumatult.

Proovi interaktiivset simulatsiooni

Seotud mõisted