Hvordan fungerer termodynamik?

Hvad er termodynamik?

Termodynamik er den gren af fysikken der beskriver sammenhængen mellem varme, temperatur, energi og arbejde. De termodynamiske love gælder for alt fra bilmotorer og kraftværker til biologiske celler og kosmologiske processer.

Termodynamikken fortæller os bade hvad der er muligt og hvad der er umuligt. Den forklarer fx hvorfor ingen varmemaskine kan være 100 procent effektiv, og hvorfor varme altid flyder fra varmt til koldt og aldrig spontant den modsatte vej.

Sådan fungerer det

1. Nulte lov - termisk ligevægt: Hvis to systemer begge er i termisk ligevægt med et tredje system, er de i termisk ligevægt med hinanden. Dette danner grundlaget for temperaturmåling.
2. Forste lov - energibevarelse: Energi kan hverken skabes eller ødelægges, kun omdannes. Den indre energi i et system ændres lig med tilfort varme minus det arbejde systemet udforer.
3. Anden lov - entropiforøgelset: I et isoleret system vil entropien, et mål for uorden, aldrig falde af sig selv. Varme flyder spontant fra varmt til koldt, og processer er irreversible i praksis.
4. Carnots virkningsgrad: Den maksimale virkningsgrad for en varmemaskine afhænger kun af temperaturforskellen. Jo storre forskel mellem varm og kold reservoir, desto hojere kan virkningsgraden være.
5. Tredje lov - absolut nulpunkt: Entropien af et perfekt krystallinsk stof nårmer sig nul nær temperaturen nårmer sig det absolutte nulpunkt, minus 273 grader.

Interessante fakta

• Carnots ideelle varmemaskine fra 1824 er stadig grundlaget for vurdering af enhver varmemaskins effektivitet.
• En bils forbrændingsmotor udnytter typisk kun 25-40 procent af brændstoffets energi til bevægelses. Resten afgives som varme.
• Maxwell beskrev i 1867 et tankeeksperiment med en dværg der tilsyneladende bryder anden termodynamiske lov, det tog forskerne 90 år at loseve.
• Entropiloven er en af grundene til at universet med tid bevæges mod større uorden og til sidst varmedøden.
• Termodynamik ligger bag effektivitetsberegeninger for alt fra kaffemaskiner til atomreaktorer.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er entropi med enkle ord?

Entropi er et mål for uorden eller usandsynlighed i et system. Et rødigt varelse har hoj entropi, et ordentligt varelse har lav entropi. Anden termodynamiske lov siger at systemer overladt til sig selv tendens har mod hojere entropi, det vil sige at ting har en tendens til at blive mere rodede og blandede over tid uden energiinput.

Kan man lave en evig bevægelsesmaskine?

Nej, og det er termodynamikkens love der forklarer hvorfor. En evig bevægelsesmaskine af forste slags ville kræeve energiskabelse ud af ingenting og bryder forste lov. En evig bevægelsesmaskine af anden slags ville kræve en maskine der udtræekker brugbart arbejde ud af en enkelt reservoirs varme, hvilket bryder anden lov.