Termodynamik forklaret:De 3 love, der styrer energi i universet

Af Nick Robinson | Opdateret 24. marts 2022

yerfdog/iStock/Getty Images

Termodynamik er den gren af fysikken, der udforsker, hvordan energi opfører sig i store systemer. Det forbinder partiklernes bevægelse (kinetisk energi) og den lagrede energi i deres positioner (potentiel energi) til den varme og det arbejde, som et system kan generere. Gennem århundreder har videnskabsmænd som Isaac Newton og James Joule destilleret denne viden til de tre grundlæggende love, der styrer al energiudveksling.

The Zeroth Law:Equilibrium

Den såkaldte "nul"-lov etablerer begrebet termisk ligevægt. Den siger, at hvis to systemer hver er i ligevægt med et tredje system, er de i ligevægt med hinanden. I praksis betyder det, at når du opvarmer en gryde med vand, spredes varmen ensartet, indtil hvert molekyle i gryden når den samme temperatur, selvom der kun blev tilført varme i bunden.

Den første lov:Bevarelse af energi

Også kendt som loven om bevarelse af energi, fortæller den første lov os, at energi ikke kan skabes eller ødelægges - kun transformeres. Den samlede energi i et lukket system (summen af ​​kinetisk og potentiel energi) er lig med tilført varme minus det udførte arbejde. Dette princip forklarer, hvorfor en bil skal tanke:den kemiske potentielle energi i benzin omdannes til mekanisk arbejde og spildvarme, mens motoren kører.

Den anden lov:Entropi og ineffektivitet

Den anden lov introducerer det uundgåelige begreb entropi, målet for uorden eller ubrugelig energi i et system. Den hævder, at ingen proces kan omdanne al tilgængelig energi til nyttigt arbejde; en del vil altid blive til spildvarme. I forbrændingsmotorer mister selv de mest effektive design energi til entropi, hvilket også udelukker perpetual-motion maskiner.