תרמודינמיקה

מתוך אקו-ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.
(הופנה מהדף מערכת תרמודינמית)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

תרמודינמיקה (באנגלית: Thermodynamics; מהמילה היוונית תרמה, שפירושה "חום" ודינמיקס שפירושו "כוח") היא ענף בפיזיקה שחוקר את ההשפעות של שינויים בטמפרטורה, בלחץ, ובנפח על מערכות פיזיקליות ברמה המאקרוסקופית על ידי ניתוח של התנועה המשותפת של חלקיקי המערכת ותוך שימוש בסטטיסטיקה. בלשון כללית, חום פירושו "אנרגיה במעבר" ודינמיקס מתייחס לתנועה וכך באופן בסיסי, התרמודינמיקה חוקרת את התנועה של אנרגיה וכיצד אנרגיה יוזמת תנועה. באופן היסטורי התרמודינמיקה התפתחה מתוך הרצון להגביר את היעילות של מנועי הקיטור הראשונים.

מנוע הקיטור של תומאס ניוקומן, מהווה מערכת תרמודינמית מכאנית טיפוסית. חום מהמאגר החם(הדוד) זורם למאגר הקר (אטמוספירה), זרימה זו גורמת להפקת קיטור שמניע בוכנה המבצעת עבודה.

סוגי מערכות תרמודינמיות

מבחינים בין 3 סוגי מערכות

  • מערכת מבודדת (Isolatem System) שבה העברה של חומר או אנרגיה מחוץ למערכת
  • מערכת סגורה (Closed System) שבה אנרגיה יכולה להיכנס ולצאת אבל אין העברת חומר אל או החוצה מהמערכת
  • מערכת פתוחה (Open System) שבה עוברים גם חומר וגם אנרגיה את גבולות המערכת

מלבד היקום כולו, אין כמעט דוגמאות למערכות מבודדות באמת, והדבר משמש בדרך כלל לשם קירוב או הפשטה. דוגמה למערכת תרמודינמית סגורה כמעט היא כדור הארץ - שמקבל אנרגיה מהשמש ופולט קרינת גוף שחור, אבל כמעט שלא נכנס אליו חומר (למאט אסטרואידים). יש דוגמאות רבות למערכות פתוחות - כמו יצורים חיים, מנוע קיטור ועוד.

חוקי התרמודינמיקה

החוק הראשון של התרמודינמיקה

החוק הראשון של התרמודינמיקה טוען כי כמות האנרגיה במערכת מבודדת היא גודל קבוע. אם מתעלמים מהיכולת להמיר אנרגיה לחומר לפי המשוואה של איינשטיין E=MC^2 (יכולת שרלוונטית בעיקר בתנאים פיזיקליים קיצוניים כמו בעת ביקוע או היתוך גרעיני), אזי החוק הופך לטענה לפיה במערכת מבודדת, כמות החומר היא גודל קבוע. החוק מכונה לכן חוק שימור אנרגיה או "חוק שימור החומר".

החוק השני של התרמודינמיקה

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב - החוק השני של התרמודינמיקה

החוק השני של התרמודינמיקה טוען כי במערכת מבודדת, כמות האנרגיה החופשית לביצוע פעולה (אקסרגיה), תלך ותרד עם הזמן. ניסוח אחר הוא שכמות האנטרופיה במערכת כזו תלך ותגדל עם הזמן.

את החוק ניתן לנסח באופן תרמודינמי - כך שכאשר מפגישים גוף קר עם גוף חם, החום יזרום לגוף הקר, והוא יתחמם, בעוד שהגוף החם יתקרר. ניתן לנסח את החוק גם במונחים של מכניקה סטטיסטית לפיו הסיכוי לקבל מערכות "מסודרות" הולך ויורד עם הזמן. לחוק השני יש השלכות רבות ולא כולן מזדקרות לעין המתבונן בתחילה. מעבר להשפעתו על מנועים, יש לו גם השפעה על ההבנה שלנו את מבנה הזמן, וכן מערכות כימיות, ביולוגיות, מערכות מזג אוויר ומערכות כלכליות.

ראו גם

קישורים חיצוניים

מערכות מורכבות

מושגי יסוד: הוליזם - שיווי משקל - תהליך - אנטרופיה - אקסרגיה - החוק השני של התרמודינמיקה - מידע - ארגון עצמי - הגחה - לולאת משוב - תהליך בלתי הפיך - עמידות -חשל - גידול מעריכי - תגובת יתר

מערכות, מודלים וגישות: מערכת מורכבת - מערכת מפזרת - מודל מבוסס סוכנים - מערכת מורכבת אדפטיבית - חשיבה מערכתית - דינמיקה של מערכות - תורת המידע - כלכלה אבולוציונית - כלכלת מורכבות - שיטת המערכות הרכות

מערכות ואקולוגיה: תהליך ארוך טווח - מחזור ביוגאוכימי - חוק המינימום של ליביג - פרדוקס ג'בונס - עקרון ההספק המקסימלי - הולון - אנרגיה גלומה - שרותי המערכת האקולוגית - ייצור ראשוני - מטבוליזם

ספרים ומאמרים: ספינת החלל כדור הארץ - גבולות לצמיחה - מעבר לגבולות - חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי - תריסר נקודות מינוף להתערבות במערכת - דינמיקת מערכות פוגשת את העיתונות - עיצוב כלכלה הוליסטית לעולם בר קיימא

אישים, הוגים וארגונים: דונאלה מדווז - ניקולס ג'ורג'סקיו-רוגן - האווארד ת. אודום - דיוויד בוהם - איליה פריגוז'ין - מכון סנטה פה