שינויים

למשל, בבנזין יש אנרגיה כימית. כשאנו מניעים מנוע חלק מהאנרגיה הופך לעבודה וחלק מתפזר כחום, רעש, רעידות וכד'. ניתן להשתמש בחלק מהאנרגיה הזו (למשל [[קו-גנרציה]] משתמשת בחום כדי לבצע עבודה מועילה כגון ייצור חשמל), אך ככל שהיא יותר מפוזרת כך קשה יותר לנצלה (למשל, לנצל את הרעידות לביצוע עבודה...). התגלית של קרנו הייתה שכמות מסוימת של האנרגיה בלתי אפשרי לנצל. זו אינה בעיה [[טכנולוגיה|טכנולוגית]] – גם בתנאים אידאליים לחלוטין אי אפשר יהיה לנצל את האנרגיה הזו.

למשל, בבנזין יש אנרגיה כימית. כשאנו מניעים מנוע חלק מהאנרגיה הופך לעבודה וחלק מתפזר כחום, רעש, רעידות וכד'. ניתן להשתמש בחלק מהאנרגיה הזו (למשל [[קו-גנרציה]] משתמשת בחום כדי לבצע עבודה מועילה כגון ייצור חשמל), אך ככל שהיא יותר מפוזרת כך קשה יותר לנצלה (למשל, לנצל את הרעידות לביצוע עבודה...). התגלית של קרנו הייתה שכמות מסוימת של האנרגיה בלתי אפשרי לנצל. זו אינה בעיה [[טכנולוגיה|טכנולוגית]] – גם בתנאים אידאליים לחלוטין אי אפשר יהיה לנצל את האנרגיה הזו.

===התאוריה הקינטית של הגאזים===

===התאוריה הקינטית של הגזים===

אחד משיאי ההתפתחות של המדע התאורטי היה ההסבר של התרמודינמיקה על ידי התאוריה הקינטית של הגאזים. בסוף המאה ה-19 הצליחו (במקביל) ג'יימס מקסוול הבריטי ולודוויג בולצמן האוסטרי לגזור את חוקי התרמודינמיקה מחישוב ההתנהגות הסטטיסטית של מספר גדול של מולקולות בגז.  

אחד משיאי ההתפתחות של המדע התאורטי היה ההסבר של התרמודינמיקה על ידי התאוריה הקינטית של הגזים. בסוף המאה ה-19 הצליחו (במקביל) ג'יימס מקסוול הבריטי ולודוויג בולצמן האוסטרי לגזור את חוקי התרמודינמיקה מחישוב ההתנהגות הסטטיסטית של מספר גדול של מולקולות בגז.  

הם הניחו שהמולקולות בגז מתנהגות ככדורים אלסטיים, וכן הניחו את התפלגות האנרגיה בין המולקולות השונות, ובאמצעות חישובים מכאניים וסטטיסטיים הצליחו לגזור את חוקי התרמודינמיקה. זה היה ניצחון אדיר למדע התאורטי היות והוא הראה כיצד ניתן לבצע רדוקציה של תאוריה מאקרוסקופית לתורה האטומית. יש לציין שלפחות 30 שנה לאחר מכן התורה האטומית עדיין הייתה שנויה במחלוקת.

הם הניחו שהמולקולות בגז מתנהגות ככדורים אלסטיים, וכן הניחו את התפלגות האנרגיה בין המולקולות השונות, ובאמצעות חישובים מכאניים וסטטיסטיים הצליחו לגזור את חוקי התרמודינמיקה. זה היה ניצחון אדיר למדע התאורטי היות והוא הראה כיצד ניתן לבצע רדוקציה של תאוריה מאקרוסקופית לתורה האטומית. יש לציין שלפחות 30 שנה לאחר מכן התורה האטומית עדיין הייתה שנויה במחלוקת.

על פי ניסוח זה '''האנטרופיה היא מדד מסוים לאי-הסדר במערכת'''. האנטרופיה סופרת את מספר ה'סידורים' של המולקולות המתאימים למצב מסוים. נדגים זאת באמצעי מוכר מחיי היום יום: מה מידת ה"אנטרופיה" של החדר שלנו כשהוא מסודר וכשהוא מבולגן?  

על פי ניסוח זה '''האנטרופיה היא מדד מסוים לאי-הסדר במערכת'''. האנטרופיה סופרת את מספר ה'סידורים' של המולקולות המתאימים למצב מסוים. נדגים זאת באמצעי מוכר מחיי היום יום: מה מידת ה"אנטרופיה" של החדר שלנו כשהוא מסודר וכשהוא מבולגן?  

השאלה, אם כן, היא בכמה צורות אפשר לסדר חדר? יחסית מעט – הנעליים תמיד תהיינה על הריצפה, או בארון. הבגדים יהיו מקופלים בארון, הספרים מונחים על המדף. אמנם ניתן להחליף את סדר הבגדים בארון, או לשים חלק מהספרים על השולחן, אבל זה כאין וכאפס לעומת מספר הקונפיגורציות בהן יהיה החדר במצב מבולגן. על פי הניסוח הסטטיסטי האנטרופיה קשורה למספר המצבים האפשריים, כך שה"אנטרופיה" של חדר מבולגן גבוהה בהרבה מזו של חדר מסודר. יש להדגיש כאן שמדובר במשל. האנטרופיה, כמושג כימי ופיזיקלי היא זהה הן בחדר מבולגן והן בחדר מסודר, החפצים בחדר מקבילים למולקלות בחתיכת חומר כלשהי. וגם בחומר, יש הרבה יותר דרכים לסדר מולקולות במצב "מבולגן", לדוגמה מולקולות של טיפת צבע בתוך מולקולות של מים כוס מים, לעומת המצב של מים נפרדים וצבע נפרד.  

השאלה, אם כן, היא בכמה צורות אפשר לסדר חדר? יחסית מעט – הנעליים תמיד תהיינה על הריצפה, או בארון. הבגדים יהיו מקופלים בארון, הספרים מונחים על המדף. אמנם ניתן להחליף את סדר הבגדים בארון, או לשים חלק מהספרים על השולחן, אבל זה כאין וכאפס לעומת מספר הקונפיגורציות בהן יהיה החדר במצב מבולגן. על פי הניסוח הסטטיסטי האנטרופיה קשורה למספר המצבים האפשריים, כך שה"אנטרופיה" של חדר מבולגן גבוהה בהרבה מזו של חדר מסודר. יש להדגיש כאן שמדובר במשל. האנטרופיה, כמושג כימי ופיזיקלי היא זהה הן בחדר מבולגן והן בחדר מסודר, החפצים בחדר מקבילים למולקולות בחתיכת חומר כלשהי. וגם בחומר, יש הרבה יותר דרכים לסדר מולקולות במצב "מבולגן", לדוגמה מולקולות של טיפת צבע בתוך מולקולות של מים כוס מים, לעומת המצב של מים נפרדים וצבע נפרד.  

נדגים באופן דומה בעזרת מיכל ובו שתי מולקולות. כדי לספור את המצבים יש 'לחתוך' את החלל לקוביות ולספור בכמה קונפיגורציות אפשר למצוא את המולקולות בתוך הקוביות. נניח ששתי המולקולות נמצאות בבקבוק התופס שתי 'קוביות' במיכל. סה"כ ישנן 3 אפשרויות לסדר את שתי המולקולות בתוך הבקבוק (בהנחה שאי אפשר להבדיל ביניהן):

נדגים באופן דומה בעזרת מיכל ובו שתי מולקולות. כדי לספור את המצבים יש 'לחתוך' את החלל לקוביות ולספור בכמה קונפיגורציות אפשר למצוא את המולקולות בתוך הקוביות. נניח ששתי המולקולות נמצאות בבקבוק התופס שתי 'קוביות' במיכל. סה"כ ישנן 3 אפשרויות לסדר את שתי המולקולות בתוך הבקבוק (בהנחה שאי אפשר להבדיל ביניהן):