Οι τρεις (συν ένας) Νόμοι

Η θερμοδυναμική είναι μεγάλο κεφάλαιο της Φυσικής (ή της Μηχανολογίας). Περιγράφει πως δουλεύουν τα ψυγεία, τα τζάκια, οι κινητήρες αεροπλάνων, οι μηχανές, γενικά, οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρισμού, τέτοια πράγματα… Κάπου ακουμπάει και την κβαντομηχανική και την κοινωνιολογία, αλλά εγώ δεν θα φτάσω ως εκεί… Η θερμοδυναμική ξεκίνησε περί το 1650 στην προσπάθεια να εξηγηθεί η συμπεριφορά αερίων, και το 1974 ο Stephen Hawking προέβλεψε ότι οι μαύρες τρύπες …εξατμίζονται.

Οι 3 Νόμοι (που είναι 4, αφού υπάρχει και ο Νόμος «μηδέν») ξεκίνησαν εμπειρικά, και έχουν ανακατευτεί και έχουν συσχετιστεί και με την Θεωρία για τα Πάντα. Ωστόσο, σε απλά Ελληνικά, οι Νόμοι περιγράφουν πώς μεταφέρεται η «θερμότητα» ανάμεσα σε κρύα και ζεστά πράγματα, (συστήματα, αν προτιμάτε) και πως παράγεται «έργο». Ο ρυθμός με τον οποίο παράγεται «έργο» ή μετατρέπεται «ενέργεια» λέγεται «ισχύς». «Ισχύς» είναι τα μεγαβάτ και τα κιλοβάτ. «Έργο» είναι οι κιλοβατώρες. Μια πετρελαιοκίνητη γεννήτρια έχει «ισχύ». Της βάζεις πετρέλαιο και μετατρέπει την «ενέργεια» του πετρελαίου σε «έργο». Το έργο που παράγει η μηχανή είναι πάντα λιγότερο από την ενέργεια που χρησιμοποιήθηκε. Πάντα. Ασχέτως του πόσο τέλεια είναι η μηχανή. Αυτή η μακάβρια παρατήρηση είναι απόρροια του 2ου Νόμου.

Ο Μηδενικός Νόμος, λέει ότι όταν έχεις ένα κρύο πράγμα και ένα ζεστό πράγμα και έρθουν κοντά, κάπως, το ένα με το άλλο, το ζεστό θα κρυώσει και το κρύο θα ζεσταθεί, μέχρι να ισορροπήσουν, στην ίδια θερμοκρασία.


Ο Πρώτος Νόμος λέει ότι όση Ενέργεια μπαίνει σε ένα κουτί (ή σύστημα) είναι αναγκαστικά ίδια με όση βγαίνει από το σύστημα (μείον, φυσικά, όση αποθηκεύεται στο σύστημα). Ή, αλλιώς, η Ενέργεια διατηρείται, ή δεν «χάνεται». Ένας άλλος, πιο πολύπλοκος τρόπος να εκφράσουμε το 1ο Νόμο είναι να πούμε ότι όταν ζεστάνεις ένα σύστημα, αυξάνεις την εσωτερική του ενέργεια, συν παίρνεις και λίγο έργο. Σε μια ατμομηχανή, ή μια θερμοηλεκτρική μονάδα, βάζεις πετρέλαιο ή κάρβουνο και παράγεις έργο, αλλά ζεσταίνεις και την ατμόσφαιρα, είτε στην εξάτμιση, είτε εκεί που υγροποιείς τον ατμό και τον ξαναστέλνεις στο καζάνι. Ό,τι μπαίνει, είναι ίσο με ό,τι βγαίνει. Ή, «η Ενέργεια δεν καταστρέφεται», απλά μετατρέπεται σε διαφορετικές μορφές.


Ο Δεύτερος Νόμος είναι δύσκολος. Στο παράδειγμα της ατμομηχανής, ο Δεύτερος Νόμος λέει ότι είναι αδύνατο να μετατρέψεις όλη την ενέργεια το καυσίμου σε «έργο». Μια άλλη διατύπωση είναι ότι η θερμότητα δεν μεταφέρεται από μόνη της από ένα κρύο σε ένα ζεστό αντικείμενο, με εύκολο παράδειγμα τα σύγχρονα κλιματιστικά που χρησιμοποιούνται για θέρμανση τον χειμώνα. Καταναλώνουν ενέργεια (κιλοβατώρες) για να «αντλήσουν» ζέστη από το εξωτερικό κρύο, στο εσωτερικό ζεστό δωμάτιο. Ο Δεύτερος Νόμος προβλέπει ότι η θερμότητα πηγαίνει από μόνη της, χωρίς προσθήκη «έργου», από ένα ζεστό προς ένα κρύο αντικείμενο. Ο Κωνσταντίνος Καραθεοδωρή, σημαντικός Έλληνας του χώρου αυτού, εξέφρασε τον Δεύτερο Νόμο ως εξής: «σε κάθε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας ενός συστήματος υπάρχουν μερικές απείρως γειτονικές καταστάσεις ισορροπίας στις οποίες δεν μπορούμε να φτάσουμε με αδιαβατικές μεταβολές». Μην προσπαθήσετε να το καταλάβετε, αν δεν το ξέρετε, θα χαθείτε.

Το δύσκολο στον Δεύτερο Νόμο είναι η «Εντροπία», την οποία, μέχρι τώρα απέφυγα. Η «Εντροπία» είναι αυτό που μετράει πόση ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη για την παραγωγή ωφέλιμου έργου. Ο Δεύτερος Νόμος λέει ότι η Εντροπία ενός συστήματος μεγαλώνει. Ή ένα παγάκι, σε ένα ποτήρι με νερό, σε ένα δωμάτιο, θα λιώσει. Ένα πιο πολύπλοκο παράδειγμα είναι ένα ψυγείο που λειτουργεί με ανοιχτή την πόρτα του σε ένα κλειστό δωμάτιο: όσο πιο πολύ δουλεύει, τόσο πιο πολύ ανεβαίνει η θερμοκρασία του δωματίου. Ή, δεν υπάρχει αεικίνητο. Ορισμένες πηγές ενέργειας είναι υψηλής εντροπίας (λίγη ενέργεια διαθέσιμη για ωφέλιμο έργο) και ορισμένες είναι χαμηλής εντροπίας (πολλή ενέργεια διαθέσιμη για ωφέλιμο έργο).

Ο Δεύτερος Νόμος έχει πολλές επεκτάσεις σε άλλους τομείς της επιστήμης, της ανθρώπινης σκέψης, και της θρησκείας (!) Πάντα με απαισιοδοξία, και πάντα υπερισχύει.

Ο Τρίτος Νόμος είναι πιο εξειδικευμένος: «Όσο η θερμοκρασία ενός συστήματος πλησιάζει το απόλυτο μηδέν, τα πάντα σταματάνε, και η εντροπία του συστήματος ελαχιστοποιείται». Δεν είναι σαφές αν η εντροπία του συστήματος σε θερμοκρασία «απόλυτο μηδέν» γίνεται «μηδέν», ή αν υπάρχει «απόλυτο μηδέν», αλλά, ομολογώ δεν το έχω ψάξει.


Η εικονιζόμενη μονάδα είναι από εδώ, όπου έχει και καλή παρουσίαση του θέματος. Αν προλάβω να φτάσω στα ενεργειακά θέματα για τα οποία "συζητάμε" στο antinews, τα περί "ισχύος", "εντροπίας" κλπ., θα είναι χρήσιμα.