47,332
עריכות
שינויים
קפיצה לניווט
קפיצה לחיפוש
שורה 5:
שורה 5: − + + שורה 12:
שורה 13: − + − + שורה 21:
שורה 22: − + − שורה 28:
שורה 28: + + + + + + + + + שורה 44:
שורה 53: − + − ניסוח מחודש של החוק השני של התרמודינמיקה, reformulated second law of thermodynamics נוצרו בשנות ה-60 וה-70. − − בשנת 1965 המהנדסים המכאניים ג'ורג' הטסופולוס (George Hatsopoulos) וג'וזף הנרי קנאן Joseph Henry) Keenan) הוציאו לאור ספר לימוד מפורסם בשם היסודות של תרמודינמיקה כללית - Principles of General Thermodynamics אשר מנסח מחדש את החוק השני של התרמודינמיקה, במונחים של קיום של מצבים בעלי שיווי משקל יציב: − − {{ציטוט|תוכן=כאשר מערכת מבודדת מבצעת תהליך לאחר הסרה של סדרת חסמים פנימיים, היא תגיע למצב יחיד של שיווי משקל: מצב זה של שיווי משקל הוא בלתי תלוי בסדר שבו הוסרו החסמים}}<ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Henry_Keenan Joseph Henry Keenan in Wikipedia]</ref><ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/George_N._Hatsopoulos George N. Hatsopoulos in Wikipedia]</ref> − − ניסוח נוסף התפרסם על ידי Kestin בשנת 1976. <ref>Kestin, J. (1976) (ed.) The Second Law of Thermodynamics, (Stroudsburg, Pennsylvania: Dowden, Hutchinson and Ross).</ref> − − שורה 64:
שורה 64: − + − +
עריכה
ישנן גרסאות רבות של החוק השני, אבל לכולן יש השפעות דומות, והן מסבירות את התופעה של [[אי הופכיות בזמן]], או הכיווניות של חץ הזמן, בטבע.
ישנן גרסאות רבות של החוק השני, אבל לכולן יש השפעות דומות, והן מסבירות את התופעה של [[אי הופכיות בזמן]], או הכיווניות של חץ הזמן, בטבע.
==ניסוח תרמודינמי==
==ניסוחים שונים של החוק והתפתחות המושג==
===ניסוח תרמודינמי===
את החוק ניתן לנסח באופן תרמודינמי - כך שכאשר מפגישים גוף קר עם גוף חם, החום יזרום באופן ספונטני לגוף הקר, והוא יתחמם, בעוד שהגוף החם יתקרר. לעולם לא יתרחש המצב ההפוך - שבעקבות המפגש בין שני הגופים הגוף החם יתחמם, והגוף הקר יתקרר.
את החוק ניתן לנסח באופן תרמודינמי - כך שכאשר מפגישים גוף קר עם גוף חם, החום יזרום באופן ספונטני לגוף הקר, והוא יתחמם, בעוד שהגוף החם יתקרר. לעולם לא יתרחש המצב ההפוך - שבעקבות המפגש בין שני הגופים הגוף החם יתחמם, והגוף הקר יתקרר.
* לא ייתכן מנוע בעל נצילות גבוהה יותר מזו של מנוע קרנו.
* לא ייתכן מנוע בעל נצילות גבוהה יותר מזו של מנוע קרנו.
==החוק השני במונחי סטטיסטיקה ==
===החוק השני במונחי סטטיסטיקה ===
ניסוח אחר של החוק השני של התרמודינמיקה הוא במונחים של סטטיסטיקה או במונחים של מיקרו מצבים, וזאת בעקבות בולצמן(Boltzmann) . אנטרופיה לפי בולצמן מראה את מספר הדרכים בהם ניתן לסדר מיקרו מצבים שונים כדי לקבל מצב-מאקרו בודד. ככל שמספר המיקרו מצבים יחסית למצב המאקרו גדול יותר, כך גדלה האנטרופיה.
ניסוח אחר של החוק השני של התרמודינמיקה הוא במונחים של סטטיסטיקה או במונחים של מיקרו מצבים, וזאת בעקבות בולצמן (Boltzmann). אנטרופיה לפי בולצמן מראה את מספר הדרכים בהם ניתן לסדר מיקרו מצבים שונים כדי לקבל מצב-מאקרו בודד. ככל שמספר המיקרו מצבים יחסית למצב המאקרו הבודד גדול יותר, כך גדלה האנטרופיה.
נסתכל במערכת סגורה, כלומר חומר ואנרגיה לא חוצים את גבולות המערכת. במערכת זאת יש שני תאים, עם מחיצה ביניהם. בכל תא יש שני כדורים בצבע שונה לדוגמא שחור ואדום (או מולקולות). אם נסיר את המחיצה, וניתן לכדורים להתערבב (יש הנחה מוסווית שיש אנרגיה במערכת - כלומר הכדורים זזים, או שפשוט אנו מכניסים קצת אנרגיה למערכת על ידי ערבוב קל שלה), ואז , כעבור זמן מה נוריד מחדש את המחיצה. אם אנו מבדילים בין הכדורים, נוכל לקבל 16 אפשרויות.
נסתכל במערכת סגורה, כלומר חומר ואנרגיה לא חוצים את גבולות המערכת. במערכת זאת יש שני תאים, עם מחיצה ביניהם. בכל תא יש שני כדורים בצבע שונה לדוגמא שחור ואדום (או מולקולות). אם נסיר את המחיצה, וניתן לכדורים להתערבב (יש הנחה מוסווית שיש אנרגיה במערכת - כלומר הכדורים זזים, או שפשוט אנו מכניסים קצת אנרגיה למערכת על ידי ערבוב קל שלה), ואז , כעבור זמן מה נוריד מחדש את המחיצה. אם אנו מבדילים בין הכדורים, נוכל לקבל 16 אפשרויות.
בצורה דומה , אם בכל צד יש 10 כדורים, אזי מספר הסידורים האפשרי הינו 2 בחזקת 20. או בערך מיליון סידורים. מתוכם רק שניים הם "מסודרים". כלומר הסיכוי לקבל "סדר ספונטני" ירד לבערך 1 לחצי מיליון. אם ניקח 10,001 כדורים, (הרבה פחות ממספר המולקולות או אפילו ממספר גרגרי החול בתוך כוס קטנה), נקבל סיכוי אחד לחלק ל 2 בחזקת 10000, שזה מספר קטן כל כך, שקשה מאוד לדמיין אותו אפילו (נגיד, כמו לזכות בטוטו במשך 500 הגרלות ברציפות). מכאן קל להבין, שלמרות שטכנית, ניתן להכניס עוגה קרה לתנור חם ולהוציא אותה קרה יותר, או לערבב גרגרי מלח וסוכר ולקבל אותם חזרה בצורה מסודרת, מעשית, הסיכוי לזה הוא פשוט אפסי.
בצורה דומה , אם בכל צד יש 10 כדורים, אזי מספר הסידורים האפשרי הינו 2 בחזקת 20. או בערך מיליון סידורים. מתוכם רק שניים הם "מסודרים". כלומר הסיכוי לקבל "סדר ספונטני" ירד לבערך 1 לחצי מיליון. אם ניקח 10,001 כדורים, (הרבה פחות ממספר המולקולות או אפילו ממספר גרגרי החול בתוך כוס קטנה), נקבל סיכוי אחד לחלק ל 2 בחזקת 10000, שזה מספר קטן כל כך, שקשה מאוד לדמיין אותו אפילו (נגיד, כמו לזכות בטוטו במשך 500 הגרלות ברציפות). מכאן קל להבין, שלמרות שטכנית, ניתן להכניס עוגה קרה לתנור חם ולהוציא אותה קרה יותר, או לערבב גרגרי מלח וסוכר ולקבל אותם חזרה בצורה מסודרת, מעשית, הסיכוי לזה הוא פשוט אפסי.
===הרחבת המושג===
==הרחבת המושג==
בשנת 1909 המתמטיקאי היווני-גרמני קונסטנטין קרתיאודורי פרסם את עבודותוInvestigations on the Foundations of Thermodynamics שבה הוא ניסח את חוקי התרמודינמיקה באופן אקסיומטי, באמצעות שימוש במושגים מכאניים בלבד ותאוריית ה differential forms של המתמטקאי הגרמני Johann Friedrich Pfaff. הוא ביטא את החוק השני של התרמודינמיקה באמצעות האקסיומה הבא:
בשנת 1909 המתמטיקאי היווני-גרמני קונסטנטין קרתיאודורי פרסם את עבודותוInvestigations on the Foundations of Thermodynamics שבה הוא ניסח את חוקי התרמודינמיקה באופן אקסיומטי, באמצעות שימוש במושגים מכאניים בלבד ותאוריית ה differential forms של המתמטקאי הגרמני Johann Friedrich Pfaff. הוא ביטא את החוק השני של התרמודינמיקה באמצעות האקסיומה הבא:
קרתיאודורי טבע את המונח "נגישות אדיאבטית" (adiabatic accessibility). ניסוח זה של החוק השני אינו דורש שימוש במנוחים של אנטרופיה או של טמפרטורה.
קרתיאודורי טבע את המונח "נגישות אדיאבטית" (adiabatic accessibility). ניסוח זה של החוק השני אינו דורש שימוש במנוחים של אנטרופיה או של טמפרטורה.
===ניסוח מחודש של החוק===
ניסוח מחודש של החוק השני של התרמודינמיקה, reformulated second law of thermodynamics נוצרו בשנות ה-60 וה-70.
בשנת 1965 המהנדסים המכאניים ג'ורג' הטסופולוס (George Hatsopoulos) וג'וזף הנרי קנאן Joseph Henry) Keenan) הוציאו לאור ספר לימוד מפורסם בשם היסודות של תרמודינמיקה כללית - Principles of General Thermodynamics אשר מנסח מחדש את החוק השני של התרמודינמיקה, במונחים של קיום של מצבים בעלי שיווי משקל יציב:
{{ציטוט|תוכן=כאשר מערכת מבודדת מבצעת תהליך לאחר הסרה של סדרת חסמים פנימיים, היא תגיע למצב יחיד של שיווי משקל: מצב זה של שיווי משקל הוא בלתי תלוי בסדר שבו הוסרו החסמים}}<ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Henry_Keenan Joseph Henry Keenan in Wikipedia]</ref><ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/George_N._Hatsopoulos George N. Hatsopoulos in Wikipedia]</ref>
ניסוח נוסף התפרסם על ידי Kestin בשנת 1976. <ref>Kestin, J. (1976) (ed.) The Second Law of Thermodynamics, (Stroudsburg, Pennsylvania: Dowden, Hutchinson and Ross).</ref>
==החוק השני וחץ הזמן==
==החוק השני וחץ הזמן==
מסקנה מעשית יותר של החוק היא שלמרות השימור הפורמלי של האנרגיה בעולם, למעשה חלק מהאנרגיה כאילו "הולך לאיבוד" כיוון שהוא הופך לחום אשר מתפזר ואשר לא ניתן לאספו מחדש ולהפכו לאנרגיה שימושית. ולכן הבניה של מכונה שמייצרת עבודה ופועלת באופן אינסופי, "פרפטום מובילה", היא דבר בלתי אפשרי. מבחינה הנדסית, החוק מציב גבול עליון בתכנון של מנועים ושל מערכות לרתימת אנרגיה.
מסקנה מעשית יותר של החוק היא שלמרות השימור הפורמלי של האנרגיה בעולם, למעשה חלק מהאנרגיה כאילו "הולך לאיבוד" כיוון שהוא הופך לחום אשר מתפזר ואשר לא ניתן לאספו מחדש ולהפכו לאנרגיה שימושית. ולכן הבניה של מכונה שמייצרת עבודה ופועלת באופן אינסופי, "פרפטום מובילה", היא דבר בלתי אפשרי. מבחינה הנדסית, החוק מציב גבול עליון בתכנון של מנועים ושל מערכות לרתימת אנרגיה.
==ניסוח מחודש של החוק==
===החוק השני של התרמודינמיקה והחיים===
==החוק השני של התרמודינמיקה והחיים==
בשנת 1944 שרדינגר (Erwin Schrödinger) כתב ספר בשם "What is Life? " שבו הוא ניסה לקשור בין תהליכים ביולוגיים לבין פיזיקה וכימיה. שרדינגר מבחין בין היכולת של החיים לקיים "סדר מתוך סדר" (התהליך הגנטי של הורשת תכונות ההורים לצאצאים באמצעות הגנים), ובין היכולת של החיים לקיים "סדר מתוך אי סדר" במבט ראשון, נראה כי היצורים החיים מפרים את החוק השני של התרמודינמיקה משום שהם מצליחים לייצר סדר ומערכות מורכבות מתוך אי הסדר. לדוגמה הצמחים הם מבנה מוסדר מאוד אשר מסונתזים מתוך מולקולות ואטומים בלתי מסודרים סביבם.
בשנת 1944 שרדינגר (Erwin Schrödinger) כתב ספר בשם "What is Life? " שבו הוא ניסה לקשור בין תהליכים ביולוגיים לבין פיזיקה וכימיה. שרדינגר מבחין בין היכולת של החיים לקיים "סדר מתוך סדר" (התהליך הגנטי של הורשת תכונות ההורים לצאצאים באמצעות הגנים), ובין היכולת של החיים לקיים "סדר מתוך אי סדר" במבט ראשון, נראה כי היצורים החיים מפרים את החוק השני של התרמודינמיקה משום שהם מצליחים לייצר סדר ומערכות מורכבות מתוך אי הסדר. לדוגמה הצמחים הם מבנה מוסדר מאוד אשר מסונתזים מתוך מולקולות ואטומים בלתי מסודרים סביבם.
</ref>
</ref>
==החוק השני של התרמודינמיקה והכלכלה==
===החוק השני של התרמודינמיקה והכלכלה===
החוקר הראשון אשר התייחס לקשר בין החוק השני של התרמודינמיקה לבין הכלכלה הוא [[ניקולס ג'ורג'סקיו-רוגן]], במיוחד בספרו [[חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי (ספר)|חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי]] בספר הוא הבחין בין זרמים לבין מאגרים וטען גם כי בגלל החוק השני של התרמודינמיקה הכלכלה עומדת בפני גבולות לצמיחה. עבודתו לא זכתה להכרה בקרב כלכלני הזרם המרכזי, אבל מספר ניכר של חוקרים ניסה להמשיך את עבודתו בעיקר בתחומי [[כלכלה אקולוגית|הכלכלה האקולוגית]].
החוקר הראשון אשר התייחס לקשר בין החוק השני של התרמודינמיקה לבין הכלכלה הוא [[ניקולס ג'ורג'סקיו-רוגן]], במיוחד בספרו [[חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי (ספר)|חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי]] בספר הוא הבחין בין זרמים לבין מאגרים וטען גם כי בגלל החוק השני של התרמודינמיקה הכלכלה עומדת בפני גבולות לצמיחה. עבודתו לא זכתה להכרה בקרב כלכלני הזרם המרכזי, אבל מספר ניכר של חוקרים ניסה להמשיך את עבודתו בעיקר בתחומי [[כלכלה אקולוגית|הכלכלה האקולוגית]].
מאמר משנת 2006 מטעם מספר חוקרים אוסטרים לוקח את הטענה של שניידר וקיי, הנוגעת למערכות אקולוגיות, ומשליך אותה גם למערכות כלכליות. <ref>the new entropy law and the economic process, Alan Raine, John Foster, Jason Potts ecological complexity 3, 2006, p 354-360</ref>
מאמר משנת 2006 מטעם מספר חוקרים אוסטרים לוקח את הטענה של שניידר וקיי, הנוגעת למערכות אקולוגיות, ומשליך אותה גם למערכות כלכליות. <ref>the new entropy law and the economic process, Alan Raine, John Foster, Jason Potts ecological complexity 3, 2006, p 354-360</ref>
== תרמודינמידקה, סביבה וכלכלה ==
=== תרמודינמידקה, סביבה וכלכלה===
המערכת הכלכלית על פי [[כלכלה נאו קלאסית|התאור הנאו-קלאסי]], היא מערכת ניוטונית סגורה – עבודה מוחלפת במוצרים בין שני "מעגלים" סגורים של שוק העבודה והסחורות. הכוונה במערכת ניוטונית, היא לכך שאין כיווניות בזמן (בניגוד למערכת תרמודינמית). אם מקרינים סרט קצר של שני כדורי ביליארד נפגשים, אי אפשר לדעת אם מסתכלים עליו בכיוון הנכון של חץ הזמן או בכיוון ההפוך. בניגוד לכך, צפיה בסרט על כדור ביליארד שמכה ב-10 כדורים, או סרט על צלחת נשברת מתאר מערכת שמציית לחוק השני של התרמודנימיקה , ולכן קל לנו לדעת מה הכיוון של חץ הזמן. זו מערכת סגורה, משום שאין תאור של כניסת אנרגיה (וחומרים) לתוכה.
המערכת הכלכלית על פי [[כלכלה נאו קלאסית|התאור הנאו-קלאסי]], היא מערכת ניוטונית סגורה – עבודה מוחלפת במוצרים בין שני "מעגלים" סגורים של שוק העבודה והסחורות. הכוונה במערכת ניוטונית, היא לכך שאין כיווניות בזמן (בניגוד למערכת תרמודינמית). אם מקרינים סרט קצר של שני כדורי ביליארד נפגשים, אי אפשר לדעת אם מסתכלים עליו בכיוון הנכון של חץ הזמן או בכיוון ההפוך. בניגוד לכך, צפיה בסרט על כדור ביליארד שמכה ב-10 כדורים, או סרט על צלחת נשברת מתאר מערכת שמציית לחוק השני של התרמודנימיקה , ולכן קל לנו לדעת מה הכיוון של חץ הזמן. זו מערכת סגורה, משום שאין תאור של כניסת אנרגיה (וחומרים) לתוכה.