Seconda legge della termodinamica
La seconda legge della termodinamica dice che quando l'energia cambia da una forma ad un'altra, o la materia si muove liberamente, l'entropia (disordine) in un sistema chiuso aumenta.
Le differenze di temperatura, pressione e densità tendono a livellarsi orizzontalmente dopo un po'. A causa della forza di gravità, la densità e la pressione non si uniforma in senso verticale. La densità e la pressione sul fondo saranno più che in alto.
L'entropia è una misura della diffusione della materia e dell'energia in ogni luogo a cui hanno accesso.
La formulazione più comune per la seconda legge della termodinamica è dovuta essenzialmente a Rudolf Clausius:
In altre parole, tutto cerca di mantenere la stessa temperatura nel tempo.
Ci sono molte affermazioni della seconda legge che usano termini diversi, ma tutte hanno lo stesso significato. Un'altra dichiarazione di Clausius è:
Il calore non può di per sé passare da un corpo più freddo a uno più caldo.
Una dichiarazione equivalente di Lord Kelvin è:
Una trasformazione il cui unico risultato finale è quello di convertire il calore, estratto da una sorgente a temperatura costante, in lavoro, è impossibile.
La seconda legge si applica solo ai grandi sistemi. La seconda legge riguarda il probabile comportamento di un sistema in cui nessuna energia o materia entra o esce. Più grande è il sistema, più è probabile che la seconda legge sia vera.
Un semplice schema stilizzato del ciclo di refrigerazione a compressione di vapore di una pompa di calore: 1) condensatore, 2) valvola di espansione, 3) evaporatore, 4) compressore.
Panoramica
In senso generale, la seconda legge dice che le differenze di temperatura tra i sistemi a contatto tra loro tendono a pareggiare e che da queste differenze di non equilibrio si può ottenere lavoro, ma che la perdita di energia termica si verifica, quando il lavoro è fatto e l'entropia aumenta. La pressione, la densità e le differenze di temperatura in un sistema isolato, tendono tutte ad equilibrarsi se ne viene data l'opportunità; la densità e la pressione, ma non la temperatura, sono influenzate dalla gravità. Un motore termico è un dispositivo meccanico che fornisce un lavoro utile dalla differenza di temperatura di due corpi.
Citazioni
| “ | La legge che l'entropia aumenta sempre, detiene, credo, la posizione suprema tra le leggi della Natura. Se qualcuno vi fa notare che la vostra teoria dell'universo è in disaccordo con le equazioni di Maxwell - allora tanto peggio per le equazioni di Maxwell. Se si scopre che è contraddetta dall'osservazione - beh, questi sperimentatori a volte fanno delle sciocchezze. Ma se si scopre che la tua teoria è contro la seconda legge della termodinamica non posso darti alcuna speranza; non c'è altro da fare se non crollare nell'umiliazione più profonda. | ” |
--Sir Arthur Stanley Eddington, La natura del mondo fisico (1927)
| “ | La tendenza all'aumento dell'entropia nei sistemi isolati si esprime nella seconda legge della termodinamica - forse la formulazione più pessimista e amorale di tutto il pensiero umano. | ” |
--Greg Hill e Kerry Thornley, Principia Discordia (1965)
| “ | Ci sono quasi tante formulazioni della seconda legge quante ne sono state discusse. | ” |
-Filosofo / Fisico P.W. Bridgman, (1941)
Varie
- Flanders and Swann ha prodotto un'ambientazione di una dichiarazione della Seconda Legge della Termodinamica alla musica, chiamata "Prima e Seconda Legge".
- L'economista Nicholas Georgescu-Roegen ha mostrato l'importanza della legge sull'entropia nel campo dell'economia (vedi la sua opera The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Domande e risposte
D: Cos'è la seconda legge della termodinamica?
R: La seconda legge della termodinamica afferma che quando l'energia passa da una forma ad un'altra, o la materia si muove liberamente, l'entropia (disordine) in un sistema chiuso aumenta.
D: Cosa tende a livellarsi orizzontalmente nel tempo?
R: Le differenze di temperatura, pressione e densità tendono a livellarsi orizzontalmente dopo un po'.
D: Perché la densità e la pressione non si uniformano in verticale?
R: A causa della forza di gravità, la densità e la pressione non si uniformano verticalmente. La densità e la pressione sul fondo saranno maggiori che in alto.
D: Che cos'è l'entropia?
R: L'entropia è una misura della diffusione della materia e dell'energia ovunque abbiano accesso.
D: Qual è la formulazione più comune della seconda legge della termodinamica?
R: La formulazione più comune della seconda legge della termodinamica è essenzialmente dovuta a Rudolf Clausius: tutto cerca di mantenere la stessa temperatura nel tempo.
D: Qual è un'altra affermazione di Clausius sulla seconda legge della termodinamica?
R: Un'altra affermazione di Clausius è che il calore non può di per sé passare da un corpo più freddo a uno più caldo.
D: A quale tipo di sistema si applica la seconda legge della termodinamica?
R: La seconda legge della termodinamica si applica solo a sistemi di grandi dimensioni, in cui nessuna energia o materia entra o esce. Più il sistema è grande, più è probabile che la seconda legge sia vera.
