La segona llei de la termodinàmica és un dels pilars de la física, ja que explica per què els processos naturals es desenvolupen en una direcció i no pas en la contrària. tancats.
En termes pràctics, la segona llei indica que els processos naturals evolucionen cap a estats de més desordre, i que l'energia útil disponible disminueix progressivament.
Hi ha diferents enunciats d'aquesta llei, com el de Clausius, que prohibeix el flux espontani de calor d'un cos fred a un de calent, o el de Kelvin-Planck, que afirma que no es pot convertir tota la calor en feina sense pèrdues. Tots dos destaquen la irreversibilitat dels processos: per exemple, una tassa de cafè freda no s'escalfa sola, ni la calor flueix del congelador a la cuina sense intervenció externa.
A continuació us mostrem 8 exemples quotidians del segon principi de la termodinàmica.
1. El glaçó de gel fonent-se
Quan col·loquem un glaçó de gel sobre una taula a temperatura ambient, aquest es fon. La calor flueix de l'ambient (més calent) cap al gel (més fred) fins que arriben a l'equilibri tèrmic.
Aquest procés augmenta l'entropia del sistema: el gel passa d'un estat ordenat (sòlid) a un de més desordenat (líquid). Mai no passa espontàniament que l'aigua líquida es congeli formant un cub perfectament definit a temperatura ambient, perquè això implicaria una disminució d'entropia.
2. Màquines tèrmiques
Les màquines tèrmiques, com els motors de combustió interna, converteixen energia tèrmica en feina. Segons la segona llei, cap màquina tèrmica pot tenir una eficiència del 100%: part de la calor sempre es perd, generalment en forma de calor residual.
Per exemple, un motor de cotxe converteix lenergia química del combustible en treball mecànic.
No obstant això, una bona part d'aquesta energia es perd com a calor a la fuita, el radiador o el bloc mateix del motor. Això és inevitable i està perfectament explicat per la segona llei.
3. Refrigeradors i aire condicionat
Una nevera transporta calor des del seu interior (més fred) cap a l'exterior (més calenta), cosa que a primera vista sembla contradir la segona llei. Tanmateix, això no passa espontàniament: requereix feina, és a dir, energia externa (electricitat) per fer funcionar un compressor que permeti aquest procés.
Així, la nevera no viola la segona llei perquè hi ha un consum d'energia per forçar un procés que naturalment no passaria.
4. Difusió de gasos
Imagina que es trenca un flascó de perfum a una habitació. Al principi, les molècules del perfum estan concentrades en un punt, però ràpidament es dispersen per tot l'ambient.
Aquest procés és espontani i augmenta l'entropia del sistema: el gas va d'una situació ordenada (alta concentració) a una de més desordenada (uniformement distribuït).
En la realitat, mai no passa que el perfum torni espontàniament a concentrar-se en el flascó trencat, perquè això implicaria una reducció en l'entropia.
5. Evolució de les estrelles
Fins i tot a nivell còsmic, la segona llei es compleix. Les estrelles com el Sol emeten radiació tèrmica com a resultat de processos nuclears. Amb el temps, esgoten el seu combustible, i al final de la seva vida col·lapsen i es refreden.
Tot aquest procés implica una tendència cap a un estat més desordenat i de menys energia disponible. L'univers mateix, en expandir-se i refredar-se, avança cap a un estat de més entropia, en allò que es coneix com la “mort tèrmica de l'univers”.
6. Cuinar un ou
Quan bullim un ou, les proteïnes dins de la clara i el rovell canvien la seva estructura i es coagulen. Aquest procés és irreversible des del punt de vista termodinàmic. No es pot tornar espontàniament un ou dur al seu estat cru.
L´augment d´entropia està relacionat amb el canvi estructural de les molècules que componen l´ou.
7. La barreja de líquids
Si aboquem llet en una tassa de cafè calent, ràpidament es barregen. Aquest procés és natural i espontani perquè implica un augment d'entropia. La barreja final té més desordre que els dos líquids separats.
No es pot revertir espontàniament per separar la llet del cafè sense aplicar feina externa.
8. Piles i bateries
Les bateries contenen energia química emmagatzemada. Quan es fan servir, aquesta energia es converteix en elèctrica i després en calor o moviment. En descarregar-se, el sistema (la bateria) perd el seu ordre inicial i augmenta la seva entropia.
Tornar a carregar una bateria implica aplicar feina per reordenar el sistema químicament, disminuint la seva entropia interna, però a costa d'augmentar l'entropia de l'entorn (perquè el procés de recàrrega genera calor).