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Seconda legge della termodinamica

1850
  • Sadi Carnot
  • Rudolf Clausius
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Ingegneri che progettano un efficiente motore termico in laboratorio, illustrando le applicazioni della termodinamica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La Seconda Legge introduce il concetto di entropia e definisce la direzione dei processi spontanei. Può essere enunciata in diversi modi, ma una conseguenza fondamentale è che l'entropia totale di un sistema isolato non può mai diminuire nel tempo. Questa legge spiega la ‘freccia del tempo’ e il motivo per cui i processi sono irreversibili, come il passaggio spontaneo di calore da un corpo caldo a uno freddo.

La Seconda Legge è uno dei principi più profondi della scienza. Una delle sue prime formulazioni è l'affermazione di Clausius: ‘Il calore non può mai passare da un corpo più freddo a uno più caldo senza che si verifichi contemporaneamente un altro cambiamento, ad esso collegato’. Un'altra è l'affermazione di Kelvin-Planck: ‘È impossibile ideare un dispositivo che funzioni ciclicamente, il cui unico effetto sia quello di assorbire energia sotto forma di calore da un unico serbatoio termico e di fornire una quantità equivalente di lavoro’. Entrambe le affermazioni vietano le macchine a moto perpetuo del secondo tipo.

La novità di questa legge è stata l'introduzione dell'irreversibilità nella fisica fondamentale. Mentre la Prima Legge si occupa della conservazione dell'energia, la Seconda Legge si occupa della qualità dell'energia e della sua inevitabile degradazione in forme meno utili (calore residuo). Ludwig Boltzmann ne fornì in seguito un'interpretazione statistica, definendo l'entropia ([latex]S[/latex]) come una misura del numero di possibili disposizioni microscopiche (microstati) che corrispondono allo stato macroscopico osservato di un sistema. La formula [latex]S = k_B ́n W[/latex] collega l'entropia alla probabilità statistica, spiegando che i sistemi tendono a evolvere verso lo stato più probabile (massima entropia).

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinamica, fisica statistica e materia condensata

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Il lavoro di Sadi Carnot sulla forza motrice del fuoco e il ciclo ideale del motore termico
  • osservazioni dell'inefficienza intrinseca delle macchine a vapore
  • la comprensione intuitiva che il calore non fluisce spontaneamente dal freddo al caldo
  • sviluppo della teoria della probabilità e della statistica da parte di Laplace e altri

Applicazioni

  • progettazione di motori termici e frigoriferi efficienti (efficienza di Carnot)
  • ingegneria chimica per prevedere la spontaneità delle reazioni
  • teoria dell'informazione, dove l'entropia di Shannon è una misura del contenuto informativo
  • cosmologia (ipotesi della ‘morte termica dell'universo’)
  • scienza dei materiali per comprendere il disordine e le transizioni di fase

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: seconda legge, entropia, irreversibilità, freccia del tempo, motore termico, dichiarazione di Clausius, dichiarazione di Kelvin-Planck, disordine, meccanica statistica, spontaneità.

Contesto storico

Seconda legge della termodinamica

1845
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1842
1847
1850
1850
1850
1850
1850
1851

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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