Mikä on termodynamiikan toinen pääsääntö?
Termodynamiikka on tiede, joka kuvaa lämpöenergian siirtymisen lakeja kappaleesta toiseen. Tällaisella siirtymällä on mahdollista muuntaa osa lämpöenergiasta hyödylliseksi työksi.
Siksi termodynamiikka on kaikkien lämpökoneiden laskelmien perusta: höyrykoneista fantastisiin fotoniraketteihin. Kyllä, kyllä, älä ihmettele, vaikka avaruuteen lentäessäsi, termodynamiikka on välttämätöntä!
Termodynamiikka sai alkunsa 1700-luvulla ensimmäisistä toimivista höyrykoneista. Alle sadassa vuodessa on kehitetty kolme tämän tieteen taustalla olevaa peruspostulaattia, joita kutsutaan termodynamiikan laeiksi (tai periaatteiksi). Termodynamiikan lait ovat eräänlaisia aksioomia, jotka ovat yleistys laajasta insinöörikokemuksesta. Siksi ne hyväksytään ilman todisteita. Kysymys "miksi?" aksioomien osalta, kuten tiedetään, ei ole tapana määritellä. Siksi!
Termodynamiikka käsittelee termodynaamisia järjestelmiä, eli järjestelmiä, joissa on muun muassa tietty määrä sisäistä energiaa, jota arjessa kutsumme lämmöksi. Termodynamiikan ensimmäinen laki on tällaisten järjestelmien energian säilymisen laki. Tämän lain mukaan termodynaaminen järjestelmä voi suorittaa hyödyllistä työtä vain sisäisen energiansa tai ulkopuolelta tulevan energian ansiosta.
Termodynamiikan toinen pääsääntö määrittää sisäisen energian siirtymisen suunnan termodynaamisten järjestelmien välillä. Tämän lain mukaan sisäinen energia (eli lämpö) voi siirtyä spontaanisti vain yhteen suuntaan – kehosta, jossa on enemmän sisäistä energiaa, kehoon, jossa sitä on vähemmän. Eli lämpö itse voi siirtyä vain kuumemmasta kappaleesta kylmempään kappaleeseen. Tällaisella siirrolla osa lämpöenergiasta voidaan muuntaa hyödylliseksi työksi erityisesti suunniteltujen lämpökoneiden avulla. Hyödylliseen työhön muunnetun sisäisen energian prosenttiosuutta kutsutaan hyötysuhdekertoimeksi.
Termodynamiikan toinen pääsääntö ei ole ristiriidassa jääkaappien ja ilmastointilaitteiden olemassaolon kanssa. Itse asiassa esineen jäähdyttämiseksi, toisin sanoen sen lämmön siirtämiseksi kuumemmalle esineelle, energiaa on käytettävä. Karkeasti sanottuna mikään jäähdytin ei toimi itsestään. Tätä varten sinun on liitettävä se sähköverkkoon.
Sekä termodynamiikan ensimmäinen että toinen laki näyttävät ilmeisiltä. Miten tehokkaita lämpökoneita (tai jääkaappeja) keksitään ja lasketaan näiden ilmeisten lakien avulla, ei voi kertoa "yhdellä jalalla". Ota siis oppikirja ja "naura tieteen graniittia"!