Что такое второй закон термодинамики?

Три закона термодинамики управляют передачей и поведением всей материи и энергии во вселенной, как это обычно понимает наука. Подводя итог, первый закон гласит, что количество энергии и тепла в замкнутой системе остается постоянным; из системы не может прийти больше энергии, чем было вложено Это связано с Законом Сохранения Энергии, который гласит, что материя и энергия не могут быть созданы или уничтожены. Второй закон термодинамики является одной из важнейших основ природы, ответственной за стрелу времени и необратимость природы.

Независимо от того, насколько идеальной может показаться система, идеальной системы не существует. Некоторая энергия, электрическая, термическая или механическая, будет потеряна в результате трения и преобразуется в отработанное тепло. Это означает, что с течением времени полная энергия системы будет постепенно приближаться к нулю, если не будет добавлена ​​внешняя энергия. Количество энтропии или беспорядка в системе достигнет максимума, что означает, что никакая полезная работа не может быть выполнена внутри системы или с ее стороны, потому что ее молекулы и частицы слишком дезорганизованы. Второй закон термодинамики гласит, что системы стремятся к беспорядку из более упорядоченного состояния; кубик льда в стакане воды растает и слегка нагреет окружающую воду, приведя обе системы в равновесие.

Второй закон термодинамики отменяет первый закон; где первый закон гласит, что выход энергии никогда не может превышать вход энергии, второй закон гласит, что выход энергии никогда не может быть равен входу энергии из-за постоянной потери энергии и тенденции систем приближаться к равновесию. Чем меньше энергии у системы, тем больше энтропии присутствует, потому что для восстановления порядка и уменьшения общей энтропии требуется энергия. Когда энергия внутри системы достигает равновесия, энтропия достигает максимума. Например, хотя чашка теплой воды будет охлаждаться естественным образом, для поддержания более высокой температуры воды требуется постоянное применение тепловой энергии.

Космологи обращаются ко второму закону термодинамики, чтобы создать теории о возможной судьбе вселенной. Наиболее распространенная теория состоит в том, что, поскольку сама вселенная является замкнутой термодинамической системой, ее энтропия достигнет максимума, когда звезды сгорят и станут черными дырами. В конечном итоге они испарятся через 100 триллионов лет, оставляя вселенную стерилизованной пустотой на всю оставшуюся вечность, за исключением квантовых колебаний.