Termodynamikkens andre hovedsetning

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Skjematisk fremstilling av en dampmaskin, dens funksjon er basert på termodynamikkens andre hovedsetning

Termodynamikkens andre hovedsetning sier at entropien S til et isolert system aldri vil avta. Oppdagelsen av denne fundamentale naturloven hadde utgangspunkt i betraktninger gjort av den franske ingeniør Sadi Carnot i første halvdel av det 18. århundret om arbeid som kunne utføres av varmekraftmaskiner. Dette arbeidet ble videreført av den tyske fysiker Rudolf Clausius og den engelske fysiker William Thomson (Lord Kelvin).

Mer nøyaktig sier loven at hvis systemet blir tilført en liten varmemengde Δ Q, så vil forandringen i entropien alltid tilfredsstille ulikheten

 \Delta S \ge {\Delta Q\over T}

hvor T er temperaturen til systemet. Denne betingelsen kalles nå for Clausius' ulikhet etter Rudolf Clausius som formulerte denne hovedsetningen på en presis måte i 1850.

For et isolert system er Δ Q = 0 og dets entropi kan aldri avta. I beste fall forblir den konstant med Δ S = 0 som betyr at systemets entropi er maksimal og forblir slik. Den tilførte varmen Δ Q kan bidra til å øke systemets indre energi U eller omsettes i arbeid W. Ved bruk av termodynamikkens første hovedsetning om energiens bevarelse, kan denne loven skrives som

  T\Delta S \ge \Delta U - \Delta W

Arbeidet kan være mekanisk, kjemisk eller av elektromagnetisk natur. Her brukes den konvensjonen at det er positivt når det til tilføres systemet.

Det finnes også andre formuleringer av 2. hovedsetning: Varme kan ikke spontant overføres fra et kaldt legeme til et varmt legeme, uten en ytre påvirkning. Det er ikke mulig å omdanne all varme fra en prosess til arbeid. For eksempel så er det en veldig stor energimengde lagret som varme i verdenshavene. I følge 1. hovedsetning er det fullt mulig å omsette denne til nyttbar energi for å utføre arbeid. Men det er 2. hovedsetning som forbyr denne muligheten.

I et ikke-isolert system kan derimot entropien minke, gitt at entalpiforandringen er stor nok. Dette skyldes at varmetapet medfører en økning av omgivelsenes entropi. Som et mål på spontanitet for en prosess brukes forandringen av fri energi eller termodynamiske potensial.

Se også[rediger | rediger kilde]