Jaka jest druga zasada termodynamiki?
Termodynamika jest nauką, która opisuje prawa przenoszenia energii cieplnej z jednego ciała do drugiego. Dzięki takiemu przejściu możliwe jest przekształcenie części energii cieplnej w użyteczną pracę.
Dlatego termodynamika jest podstawą obliczeń wszelkich silników cieplnych: od silników parowych po fantastyczne rakiety fotoniczne. Tak, tak, nie zdziw się, nawet podczas lotu w kosmos termodynamika jest niezbędna!
Termodynamika narodziła się w XVIII wieku wraz z pierwszymi działającymi silnikami parowymi. W ciągu niespełna stu lat opracowano trzy podstawowe postulaty leżące u podstaw tej nauki, zwane prawami (lub zasadami) termodynamiki. Prawa termodynamiki są rodzajem aksjomatów, które są uogólnieniem ogromnego doświadczenia inżynierskiego. Dlatego są akceptowane bez dowodu. Pytanie „dlaczego?" w przypadku aksjomatów, jak wiadomo, nie ma zwyczaju określać. Dlatego!
Termodynamika zajmuje się układami termodynamicznymi, czyli układami, które posiadają między innymi pewną ilość energii wewnętrznej, którą w życiu codziennym nazywamy ciepłem. Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii dla takich układów. Zgodnie z tym prawem układ termodynamiczny może wykonywać użyteczną pracę tylko dzięki swojej energii wewnętrznej lub dzięki dopływowi energii z zewnątrz.
Druga zasada termodynamiki określa kierunek przejścia energii wewnętrznej między układami termodynamicznymi. Zgodnie z tym prawem energia wewnętrzna (tj. ciepło) może samorzutnie przemieszczać się tylko w jednym kierunku – z ciała o większej energii wewnętrznej do ciała o mniejszej. Oznacza to, że samo ciepło może przejść tylko z cieplejszego ciała do zimniejszego ciała. Przy takim przejściu część energii cieplnej może zostać przekształcona w użyteczną pracę za pomocą specjalnie zaprojektowanych silników cieplnych. Procent energii wewnętrznej przekształconej w pracę użyteczną nazywa się współczynnikiem efektywności.
Druga zasada termodynamiki nie zaprzecza istnieniu lodówek i klimatyzatorów. Rzeczywiście, aby ochłodzić obiekt, to znaczy przenieść jego ciepło do gorętszego obiektu, należy wydać energię. Z grubsza rzecz biorąc, żadna chłodnica nie będzie działać sama. Aby to zrobić, musisz podłączyć go do sieci elektrycznej.
Zarówno pierwsza, jak i druga zasada termodynamiki wydają się oczywiste. Jak wynaleźć i obliczyć wydajne silniki cieplne (lub lodówki) za pomocą owych oczywistych praw nie da się opowiedzieć "jedną nogą". Dlatego weź podręcznik i „obgryzaj granit nauki”!