החוק השני של התרמודינמיקה

החוק השני של התרמודינמיקה הוא חוק פיזיקלי בסיסי. לחוק מספר ניסוחים שקולים, כלהלן:

1. אין תהליך שהתוצר היחיד שלו הוא הפיכת חום לעבודה (ניסוח החוק השני על פי הלורד קלווין).
2. זרימה ספונטנית של חום תחול תמיד מגוף חם יותר לגוף קר יותר, ולעולם לא להפך. (ניסוח החוק על פי קלאוזיוס).
3. במערכת סגורה כמות האנטרופיה לעולם לא קטֵנה, היא יכולה רק לגדול.

מסקנה חשובה מהחוק השני היא - כי לא ייתכן מנוע חום בעל נצילות גבוהה יותר מזו של מנוע קרנו. מסקנה זו מהחוק שמה חסם עליון לכמות העבודה (או האנרגיה בת שימוש) שניתן להפיק ממאגרי חום נתונים.

מזה גם נגזר שכיוון התקדמות הזמן נמדד עם כיוון שינוי האנטרופיה. בספרו "קיצור תולדות הזמן" קובע סטיבן הוקינג כי "עליית אי הסדר (האֶנטרופיה) עם הזמן היא דוגמה אחת למה שקרוי חץ הזמן - דבר־מה המבדיל בין עבר לעתיד".

מסקנה נוספת מחוק התרמודינמיקה השני היא, שלמרות השימור הפורמלי של האנרגיה בעולם, למעשה חלק מהאנרגיה "הולך לאיבוד" כביכול, כיוון שהוא הופך לחום שמתפזר, ואשר לא ניתן לאספו מחדש ולהפכו לאנרגיה שימושית ללא השקעת אנרגיה נוספת.

מהניסוח השלישי של החוק קל להבין שכל אמצעי קירור יכול לקרר אזור מוגבל, ובהכרח יחמם את שאר הסביבה - לדוגמה, מקרר הפועל בחדר סגור יחמם את החדר, בין אם הוא פתוח (לאורך זמן) ובין אם הוא סגור.

ניסוח מתמטי

ההגדרה הדיפרנציאלית לחוק השני של התרמודינמיקה היא: בתהליך מחזורי, $\Delta S\geq 0$, כאשר $\Delta S$ הוא השינוי באנטרופיה במשך מחזור אחד של התהליך. שוויון מתקיים אך ורק אם התהליך המתבצע הוא תהליך הפיך, תהליך שיכול לעבוד באופן זהה במהלכו הרגיל, וגם לאחור. שוויון שכזה מתקבל, למשל, במכונת קרנו.

תנועה נצחית

ערך מורחב – תנועה נצחית

החוק השני של התרמודינמיקה מונע יצירתן של מכונות תנועה נצחית (לטינית: Perpetuum Mobile). מכונות אלו יכלו לאפשר, להלכה, הפקת אנרגיה מ"מאגר חום" באנרגיה נמוכה יותר. לדוגמה, על ידי קירור ליטר אחד של מים במעלת צלזיוס, ניתן לשאוב אנרגיה העומדת על אלף קלוריות, או, 4184 ג'אול, ללא תוצאות לוואי פרט לקירור המים. ברם, החוק השני אינו מאפשר לשאוב אנרגיית חום לצורך הפקת עבודה, שלא באמצעות העברת אנרגיה לגוף קר יותר.

בתרבות פופולרית

סיפורו הקצר של אייזק אסימוב, השאלה האחרונה, דן בקיומו ובהשפעותיו של חוק התרמודינמיקה השני.

קישורים חיצוניים

• יורם שורק, למה חייבים לאכול? על החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה, במדור "דברים שיורמים יודעים", באתר ארכיון האינטרנט (במקור, מאתר "nana10‏")
• החוק השני של התרמודינמיקה באתר אקו-ויקי

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

21879344החוק השני של התרמודינמיקה