Drugi zakon termodinamike

Drugi zakon termodinamike upućuje na smjer u kojem se odvija pretvorba toplinske energije u mehaničku. Do toga je zakona došao već Carnot 1824. On je proučavao idealne uvjete prelaska topline u mehanički rad i zaključio da su za prelazak topline u rad potrebna dva spremnika topline na različitoj temperaturi; prelaskom topline iz toplijega spremnika u hladniji samo se dio topline pretvara u rad, a ostatak topline prelazi u spremnik niže temperature (degradacija). Prema Carnotu, maksimalna djelotvornost η idealnoga toplinskoga stroja, koji kružnim procesom pretvara toplinu u rad, iznosi:

${\displaystyle \eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}={\frac {T_{1}-T_{2}}{T_{1}}}}$

gdje su: T₁ i T₂ temperature toplijega i hladnijega spremnika; Q₁ je toplina koja pri prelasku stoji na raspolaganju, a Q₂ dio topline koji se degradira. Bit je drugoga zakona termodinamike da se pri prelasku topline u rad dio topline uvijek gubi ili degradira (degradacija). Matematički izraz drugoga zakona termodinamike glasi:

${\displaystyle \Delta S>0}$

gdje ${\displaystyle \Delta S}$ označava promjenu entropije izoliranog sustava.

Kako pri svakom prelasku topline u rad dio topline prelazi u spremnik niže temperature, ukupna se entropija sustava povećava. Poopćenjem drugoga zakona može se reći da se entropija zatvorenoga sustava povećava pri svakom procesu.^[1]

Drugi zakon termodinamike se može pojednostavljeno objasniti:

»Toplina ne može sama od sebe prelaziti s hladnijeg tijela na toplije, točnije: nije moguć proces čiji bi jedini rezultat bio spontan prelazak topline s hladnijeg tijela na toplije (1850.)«

Osim gornjeg, Rudolf Clausius dao je još nekoliko objašnjenja ovog zakona:

»Toplina spontano može prelaziti samo s toplijeg na hladnije tijelo.«

S protokom vremena, ukupna entropija termički zatvorenog sustava koji nije u termodinamičkoj ravnoteži uvijek raste, težeći da dosegne najveću moguću vrijednost. Vjerojatno najpopularnija formulacija ovog zakona glasi:

»Entropija svemira uvijek raste (1865.).«

Kelvin-Planckova formulacija :

»Nije moguće ostvariti kružni proces, čiji bi jedini učinak bio da uzima toplinu iz jednog spremnika topline i pretvara tu toplinu u cijelosti u rad.«

Ova formulacija drugog zakona termodinamike često se izražava kao:

»Perpetum mobile druge vrste nije moguć.«

Perpetuum mobile druge vrste bio bi upravo takav uređaj koji bi samo uzimao toplinu iz spremnika topline i pretvarao tu toplinu u rad.

1. ↑ termodinamika, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.