אנטרופיה וחוק השני בתרמודינמיקה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| entropy/ˈentrəpi/ | אנטרופיה |
| second law of thermodynamics/ˈsekənd lɔː ɒv ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪks/ | חוק התרמודינמיקה השני |
כוס שבורה לעולם לא תתאחד
- תורידו כוס והיא תתפורר. תחכו לנצח והחלקים לעולם לא יתאחדו באופן ספונטני.
- חלב שמעורבב בקפה לעולם לא יתפרק. חום לעולם לא זורם מקר לחם באופן עצמאי.
- לטבע יש כיוון מועדף: הדברים נעים מסדר אל אי-סדר.
- המדד לאי-הסדר הזה הוא אנטרופיה, והיא תמיד גדלה.
אנטרופיה מדדה אי-סדר
- אנטרופיה היא מדד לכמה האנרגיה במערכת מפוזרת ומסודרת.
- סידור מסודר ונקי יש לו אנטרופיה נמוכה; סידור מבולגן ומפוזר יש לו אנטרופיה גבוהה.
- ישנם הרבה יותר סידורים מבולגנים מאשר מסודרים, ולכן אי-סדר הוא סביר להפליג.
- אם משאירים אותם לבדם, מערכות נוטות להגיע למצב הסביר ביותר (המבולגן ביותר).
אנטרופיה היא מדד עבור:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
האנטרופיה מודדת עד כמה האנרגיה במערכת מפוזרת ומבולגנת.
החוק השני
- חוק השני של התרמודינמיקה: האנטרופיה הכוללת של היקום תמיד עולה.
- לכן חום זורם מחם → קר, ולא להפך — הוא מפזר אנרגיה.
- אתה מסוגל להוריד אנטרופיה מקומית (מקרר, תא חי), אך רק על ידי העלאתה יותר במקום אחר.
- החוק השני נותן לזמן כיוון — את "חץ הזמן".
החוק השני של התרמודינמיקה קובע שהאנטרופיה הכוללת של היקום:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
האנטרופיה הכוללת של היקום תמיד עולה — זהו החוק השני.
חום זורם מחם לקר כי כך נפז האנרגיה ועולה האנטרופיה הכוללת.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
פיזור אנרגיה מעלה את האנטרופיה, ולכן הזרימה הטבעית היא מחם → קר.
אין מנועים מושלמים
- מכיוון שאנטרופיה חייבת לעלות, אף מנוע חום לא יכול להפוך את כל החום שלו לעבודה.
- חלק מהאנרגיה תמיד מתפזר בחום פסולת בעל איכות נמוכה.
- זוהי הסיבה שמנועי רכב ומפעלי חשמל לעולם אינם יעילים ב-$100\%$%.
- החוק השני מטיל גבול עליון קשיח שאף עיצוב חכם לא יכול להתגבר עליו.
החוק השני בתרמודינמיקה
תהליכים טבעיים מגדילים את האנטרופיה הכוללת. סווגו כל תהליך.
מכיוון שחובה לאנטרופיה לעלות, אין למנוע חום יעילות של ____%.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חלק מאנרגיה מתפזר תמיד כחום פסולת, ולכן $100\%$ יעילות בלתי אפשרית.
בחרו את כל ההשלכות של החוק השני של התרמודינמיקה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
החוק השני מסביר זרימת חום, מגבלות מנועים וחץ הזמן. התאחדות כוס שבורה הייתה מפחיתה את האנטרופיה הכוללת — מותרת.
החוק השני עוסק באנטרופיה הכוללת של מערכת וגם הסביבה שלה. אתה מסוגל ליצור סדר מקומי — מקפיא יוצר קרח, תאים בונים מבנה — אך תמיד על ידי פליטת יותר אי-סדר (חום פסולת) לסביבה. האנטרופיה הכוללת של היקום עדיין עולה.
מקרר המייצר קרח מפר את החוק השני משום שהוא מפחית אנטרופיה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הוא מפחית אנטרופיה מקומית אך פולט יותר אי-סדר (חום פסולת) לתוך החדר, ולכן האנטרופיה הכוללת עדיין עולה.
מדוע כוס תה חמה לעולם לא מתחממת באופן ספונטני על ידי שאיבת חום מהחדר הקר?
- זה היה מפחית את האנטרופיה הכוללת (ריכוז אנרגיה), דבר שהחוק השני אוסר.
- חום זורם במקום זאת מהתה → לחדר, מפזר אנרגיה ומעלה את האנטרופיה הכוללת.
אנטרופיה מדד למידת האי-סדר, והחוק השני של התרמודינמיקה אומר שהאנטרופיה הכוללת של היקום תמיד עולה. הדבר קובע את כיוון התהליכים הטבעיים (חם → קר), אוסר על מנועים מושלמים, ונותן לזמן את חציו. סדר מקומי דורש אי-סדר רב יותר elsewhere.