De wetten van de thermodynamica zijn de wetten die de relatie tussen warmte en mechanische arbeid bepalen, en ze zijn zeer relevant voor ons dagelijks leven. De tweede wet van de thermodynamica, de wet van de toenemende entropie, legt uit dat natuurverschijnselen plaatsvinden in een richting van toenemende wanorde. Het benadrukt het belang van het besparen van energie en het beschermen van het milieu, en kleine acties in ons leven kunnen een groot verschil maken.
De wetten van de thermodynamica: een grote titel, maar niet moeilijk!
De wetten van de thermodynamica zijn wetten die thermische verschijnselen en de energiestroom beheersen, gebaseerd op de fundamentele relatie tussen warmte en mechanisch werk. Er zijn vier wetten (de 0e, 1e, 2e en 3e wet van de thermodynamica). De naam 'wetten van de thermodynamica' lijkt misschien een technische term voor mensen die de thermodynamica niet bestuderen, en is misschien niet erg relevant voor hun leven. De wetten van de thermodynamica zijn echter zeer relevant voor ieders dagelijks leven, en ze zijn niet erg technisch. Integendeel, het is leuk en noodzakelijk om te weten.
Als je in een thermodynamicaboek naar de wetten van de thermodynamica kijkt, is het moeilijk te begrijpen, omdat ze worden uitgedrukt in formules die niet in het Koreaans te vinden zijn. Wanneer de wetten van de thermodynamica in woorden worden uitgelegd, zul je denken: “O, dat was niet zo moeilijk! Voor degenen die geïntimideerd zijn door de wetten van de thermodynamica: laten we ons er vertrouwd mee maken, vooral de tweede wet van de thermodynamica, die nauw verband houdt met ons dagelijks leven!
De tweede wet van de thermodynamica: verandering in de wereld vindt plaats in de richting van toenemende wanorde!
De tweede wet van de thermodynamica wordt ook wel de wet van de toenemende entropie genoemd. Het stelt dat “veranderingen in natuurlijke verschijnselen optreden in de richting van het vergroten van de totale hoeveelheid entropie, en niet in de richting van het verminderen van de totale hoeveelheid entropie.” Met andere woorden: het bepaalt de richting van natuurverschijnselen. Als we naar ΔS verwijzen als de hoeveelheid entropieverandering, kunnen we stellen dat 'ΔS groter dan of gelijk aan nul is'.
Maar wat is 'entropie' in deze context? Entropie is eenvoudigweg 'stoornis'. Er bestaat geen strikte definitie van entropie, maar het kan worden opgevat als hetzelfde als wanorde in het dagelijks gebruik. Neem bijvoorbeeld de vaste toestand van ijs: de watermoleculen in ijs zijn gefixeerd en kunnen niet van plaats naar plaats bewegen. Daarom ligt de vorm van het ijs ook vast, dat wil zeggen: het is weinig wanordelijk en ordelijk. Wanneer het ijs smelt en vloeibaar water wordt, kunnen de watermoleculen zich vloeiend verplaatsen, wat betekent dat de aandoening groter is dan bij ijs. Hetzelfde geldt wanneer water kookt en waterdamp wordt. Gassen hebben meer moleculaire beweging en zijn actiever dan vloeistoffen, wat vergelijkbaar is met het fenomeen dat boeken op een boekenplank een puinhoop worden op een bureau.
Dus, in termen van de leek, stelt de tweede wet van de thermodynamica dat de meeste chemische veranderingen in de natuur plaatsvinden in de richting van toenemende wanorde, en niet andersom.
Het verhogen van de entropie is analoog aan hoe een kamer rommelig wordt als we deze gebruiken!
Laten we een analogie uit ons leven nemen. Laten we zeggen dat je Chulsoo, een 20-jarige jongeman die in buurt A in Seoul, Zuid-Korea woont, in een kamer plaatst en de kamer afsluit zodat er geen energie of materie van buitenaf de kamer kan binnendringen. (Een kamer die geïsoleerd is van de buitenwereld wordt een 'geïsoleerd systeem' genoemd.) Laten we Chulsoo een dag of wat in deze geïsoleerde toestand observeren. Wat zie je? De kamer is in chaos. De boeken op de boekenplank, die netjes waren geordend voordat hij de kamer binnenkwam, liggen overal en er komt een vieze geur uit zijn uitwerpselen. Met andere woorden: het niveau van wanorde is toegenomen.
Je zou echter kunnen argumenteren. Als Cheol-su beter georganiseerd is, neemt de entropie af. Maar toch neemt de wanorde toe. De aandoening neemt toe vanwege het zweet en de hitte van zijn harde werk, en de uitwerpselen en hitte die op natuurlijke wijze vrijkomen, zelfs als hij gewoon stilstaat en er geen rommel van maakt. Er zijn ‘kosten’ verbonden aan het verminderen van de entropie, en als met deze kosten rekening wordt gehouden, zal de algehele entropie uiteindelijk toenemen. Het verandert nooit in de richting van afnemende entropie. Het is ook onmogelijk om de toegenomen wanorde terug te draaien. Deze onomkeerbaarheid wordt een “onomkeerbaar proces” genoemd.
De tweede wet van de thermodynamica bepaalt de richting van natuurverschijnselen!
Er zijn veel processen in de natuur die niet daadwerkelijk plaatsvinden. Als je bijvoorbeeld een koude substantie in contact brengt met een hete substantie, zal de warmte altijd van de warme naar de koude gaan. Het tegenovergestelde zal nooit gebeuren. Het is een “onomkeerbaar proces. Als u inkt in water laat vallen, verspreidt deze zich gelijkmatig door het water. Dit is ook een toename van wanorde en volgt de tweede wet van de thermodynamica. Het is moeilijk voor te stellen dat de inkt zich spontaan weer op één plek verzamelt. Op grotere schaal, als we het universum als een geïsoleerd systeem beschouwen, neemt de wanorde van het universum als geheel voortdurend toe.
Laten we een actueler voorbeeld nemen. Steenkool en olie, die nuttig voor ons zijn, zijn vaste stoffen en vloeistoffen, die stabieler zijn dan gassen, wat betekent dat ze een lage entropie hebben. Als je het nu in een auto stopt en verbrandt, verandert het in gassen, zoals kooldioxide, water en zwaveldioxide. Gassen hebben een hoge entropie, dus de chemische verandering heeft plaatsgevonden in de richting van toenemende entropie. Maar hoe zit het met het omgekeerde proces? Het is onmogelijk dat de gassen die vrijkomen bij het verbranden van olie zich op natuurlijke wijze verzamelen en weer in olie veranderen, wat een ‘onomkeerbaar proces’ is. Daarom blijft de entropie van de aarde toenemen.
Het verhogen van de entropie is geen goede zaak!
Onze geïndustrialiseerde samenleving op basis van aardolie en energie put de eindige aardolievoorraden van de planeet snel uit en wordt een samenleving die steeds meer energie verbruikt, wat betekent dat het tempo van de entropiegroei versnelt. Als de entropie in het huidige tempo blijft toenemen, zullen de fossiele hulpbronnen spoedig uitgeput raken en zullen de milieuproblemen zoals de opwarming van de aarde en de luchtvervuiling toenemen. Omdat het onmogelijk is de toegenomen entropie terug te dringen, moeten we alert zijn op hulpbronnenkwesties en milieukwesties, en voorzichtig zijn bij het gebruik van hulpbronnen. We kunnen de toename van de entropie niet tegenhouden, maar we kunnen deze wel vertragen door individueel energie te besparen. Basispraktijken voor energiebesparing, zoals minder airconditioning gebruiken en gebruik maken van het openbaar vervoer, kunnen gezamenlijk een grote impact hebben. Waarom proberen we niet allemaal de tweede wet van de thermodynamica in ons dagelijks leven te onthouden?
Wat de wetten van de thermodynamica ons kunnen leren
Het begrijpen van de wetten van de thermodynamica helpt ons niet alleen in ons dagelijks leven, maar ook bij het begrijpen hoe de aarde en het universum werken. Het kan ons helpen efficiënter om te gaan met de energie die we gebruiken en onnodige energieverspilling tegen te gaan. De wetten van de thermodynamica zijn ook belangrijke concepten die ten grondslag liggen aan technologische vooruitgang en innovatie, en zullen een sleutelrol spelen bij het oplossen van toekomstige energie-uitdagingen.
We moeten ons meer bewust zijn van de wetten van de thermodynamica in ons dagelijks leven. Denk eens na over hoe al onze hulpbronnen worden gebruikt – de elektriciteit en het gas in onze huizen, het voedsel en water dat we consumeren – en hoe energie daarbij wordt omgezet. Deze kleine acties kunnen samen een groot verschil maken.
De wetten van de thermodynamica zijn niet alleen wetenschappelijke kennis, het zijn belangrijke wetten die nauw verbonden zijn met ons leven. Het begrijpen en in praktijk brengen ervan is de eerste stap naar een betere toekomst.
