החוק השני של התרמודינמיקה
חוק פיזיקלי / ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
החוק השני של התרמודינמיקה הוא חוק פיזיקלי בסיסי, שעוסק בהשתנות של מערכות כתוצאה מטרנספורמציות שקורות בהן, ועוזר לתאר את סוג הטרנספורמציות שיכולות לקרות.
הניסוח הראשון של החוק ניתן על ידי סאדי קרנו, שטען שלא ניתן להפיק עבודה מחום אלא כאשר הוא עובר מגוף חם לגוף קר, ושכמות העבודה הזו מוגבלת.
לחוק יש מספר ניסוחים נוספים ושקולים:
- לא ייתכן מנוע חום בעל נצילות גבוהה יותר ממנוע הופכי (מנוע קרנו) - סאדי קרנו
- חום אינו יכול לעבור באופן ספונטני מגוף קר לגוף חם ממנו - רודולף קלאוזיוס[1]
- אין תהליך הפיכת חום לעבודה שהתוצר היחיד שלו הוא עבודה - ויליאם תומסון[2]
- במערכת סגורה, כמות האנטרופיה שואפת למקסימום - רודולף קלאוזיוס
באופן אינטואיטיבי, החוק אומר שבכל פעולה, כמות האנרגיה הזמינה (כלומר אנרגיה שניתן להפיק ממנה עבודה) במערכת סגורה יכולה רק לרדת. פעולות שבהן כמות האנרגיה הזמינה תעלה (או באופן שקול, האנטרופיה תקטן), אינן יכולות לקרות מבלי שתהיה השקעה נוספת של אנרגיה מבחוץ.
החוק נוסח לראשונה בתחילת המאה ה-19, ובעשורים שלאחר מכן קיבל מספר רב של הגדרות נוספות וייוחסו לו משמעויות והשלכות שונות. על אף שבניסוח הראשוני החוק התבסס על הנחות שמאוחר יותר התבררו כשגויות, החוק המשיך להחשב כנכון, וכיום מעמדו בתאוריה התרמודינמית הוא של אקסיומה.
מסקנה חשובה מהחוק היא שתהליכים תרמודינמיים אינם הפיכים. מכך נגזר שכיוון התקדמות הזמן נמדד עם כיוון שינוי האנטרופיה. בספרו "קיצור תולדות הזמן" קובע סטיבן הוקינג כי "עליית אי הסדר (האֶנטרופיה) עם הזמן היא דוגמה אחת למה שקרוי חץ הזמן - דבר־מה המבדיל בין עבר לעתיד".
מהניסוח הרביעי של החוק קל להבין שכל אמצעי קירור יכול לקרר אזור מוגבל, ובהכרח יחמם את שאר הסביבה - לדוגמה, מקרר הפועל בחדר סגור יחמם את החדר, בין אם הוא פתוח (לאורך זמן) ובין אם הוא סגור.
בעוד שהחוק הראשון של התרמודינמיקה מציין שכמות האנרגיה בעולם היא קבועה, החוק השני מציין שבכל פעולה אנרגיה זמינה מתבזבזת (אנרגיה שניתן להפיק ממנה עבודה), כלומר היא הופכת לחום שמתפזר ולא ניתן לאסוף אותו מבלי להשקיע עוד אנרגיה. אילו היקום היה מערכת סגורה (היקום מערכת פתוחה- ועל כן נכנס ויוצא ממנו אנרגיה כל הזמן) היינו נוטים לחשוב שכמות האנרגיה הזמינה ביקום רק יורדת .
את החוק ניתן להסביר גם במונחים של מכניקה סטטיסטית.