dS > 0

d=variatia
S=entropia

Ce spune?

Cantitatea de dezordine dintr-un sistem termodinamic intotdeauna creste.

De ce este importanta?

Stabileste o limita pentru lucrul mecanic util care poate sa fie obtinut din caldura.

La ce anume a condus?

Motoare cu aburi perfectionate,estimari ale eficientei energiei regenerabile, scenariul “mortii termice a universului”, dovada ca materia este formata din atomi si conexiuni paradoxale cu sageata timpului.

In luna mai a anului 1959, fizicianul si scriitorul C.P Snow a tinut o prelegere intitulata The Two Cultures – Cele doua culturi, care a provocat o larga controversa.
Raspunsul cunoscutului critic literar F.R Leavis a fost caracteristic pentru tabara opusa; el a spus sec ca exista o singura cultura:a lui. Snow a sugerat ca stiinta si umanul au pierdut contactul intre ele si sustinea ca acest fapt complica rezolvarea problemelor lumii . Observam aceeasi situatie si in zilele noastre, in schimbarea negarii climatice si atacurile la adresa evolutiei.Motivatiile pot fi diferite, dar barierele culturale ajuta ca asemenea nonsensuri sa se dezvolte rapid – cu toate ca politica este cea care le produce.
Snow era nemultumit in special de ceea ce el considera ca fiind reducerea standardelor in educatie, spunand:
De foarte multe ori am fost prezent la adunari de oameni care,potrivit standardelor cilturii traditionale, sunt considerati deosebit de educati si care si-au exprimat cu un considerabil elan scepticismul privitor la incultura oamenilor de stiinta.O data sau de doua ori am fost provocat si am intrebat onorata adunare cati dintre ei puteau sa enunte a doua lege a termodinamicii,legea entropiei.Raspunsul a fost rece:si negativ.Cu toate acestea, intrebam un lucru care reprezenta echivalentul stiintific al intrebarii:”Ai citit vrei scrisoare de-a lui Shakespeare?”

Probabil ca a considerat ca ceruse prea mult – multi oameni de stiinta calificati nu stiu sa enunte legea a-2-a a termodinamicii. Asa ca, ulterior a adaugat:

Acum cred ca, daca as fi pus o intrebare si mai simpla – cum ar fi “Ce se intelege prin masa,acceleratie?”, care este echivalenturl stiintific al intrebarii “Stii sa citesti?” – nu mai mult de una din zece asemenea persoane ar fi considerat ca vorbim aceeasi limba.Prin urmare, maretul edificiu al fizicii moderne se inalta,iar majoritatea oamenilor cei mai destepti din lumea occidentala pricep din el la fel de mult cat ar fi priceput si stramosii lor din Epoca de Piatra.

Luandu-l pe Snow in sens literal,scopul meu in acest capitol este sa iesim din Epoca de Piatra.Cuvantul “termodinamica” are inclus in el indiciul:ar putea sa insemne dinamica caldurii.Este posibil pentru caldura sa fie dinamica?Da, caldura poate circula.Se poate deplasa dintr-un loc in altul.Iesi afara intr-o zi de iarna si imediat o sa tie se faca frig.Fournier scrisese primul model serios de circulatie a caldurii (vezi capitolul 9) si stabilise un fundament matematic frumos.Insa principalul motiv pentru care oamenii de stiinta incepeau sa fie interesati de circulatia caldurii a fost un nou dispozitiv tehnologic modern si foarte probabil:motorul cu aburi.

Exista o poveste adeseori repetata, despre James Watt cand era copil, cum statea in bucataria mamei sale si se uita la aburul incins care impingea capacul unui ceainic,cand ar fi fost strafulgerat de inspiratie:aburul poate sa faca lucru mecanic.
Si astfel,cand s-a facut mare , a inventat motorul cu abur.Este o poveste care te inspira profund,dar asemenea multor povesti asemanatoare,este doar o poveste.Watt a inventat motorul cu abur si a aflat despre forta aburului abia cand era adult.Concluzia povestii privitoare la forta aburului este adevarata, dar pana si pe vremea lui Watt era ceva de mult cunoscut.

In jurul anului 50 I.Hr., arhitectul si inginerul roman Vitruvius a descris o masina numita “aeolipil”, in lucrarea lui De Arhitectura – Despre arhitectura, iar matematicianul si inginerul grec Heron din Alexandria a construit una, un secol mai tarziu.Era vorba despre o sfera goala in care se afla apa, cu doua tuburi iesind din ea curbate, ca in figura 46. Se incalzeste sfera, apa se transforma in abur, evacuat prin capetele tuburilor, iar reactia face sfera sa se roteasca.A fost primul motor cu abur si a demonstrat ca aburul putea sa faca lucru mecanic, insa Heron nu a mers mai departe,dincolo de distractia publicului.A facut, totusi, o masina similara folosind aer cald intr-o incinta inchisa, care tragea o funie care deschide usile unui templu.
Aceasta masina avea o aplicatie practica, producand un miracol religios, insa nu era o masina cu abur.
Watt a aflat ca aburul putea sa fie o sursa de energie in anul 1762, cand avea 26 de ani.Nu a facut descoperirea urmarind un ceainic:prietenul sau, John Robinson,profesor de filozofie naturala la Universitatea din Edinburg, I-a vorbit despre acest lucru.Insa forta practica a aburului era mult mai veche.Descoperirea ei este adeseori atribuita inginerului si arhitectului italian giovanni Branca, a carui Le Machine – Masina din anul 1629 continea 63 de gravuri de nascociri mecanice.Una dintre ele infatiseaza o roata cu zbaturi care se roteste in axa sa cand aburul dintr-o teava loveste in aripile ei.Branca a speculat ca aceasta masina putea sa fie utila pentru macinarea fainiii,ridicarea apei si taierea lemnului, dar probabil ca nu a fost construita nicioadata.A fost mai curand un experiment mental, un vis mecanic,precum masina zburatoare a lui Leonardo da Vinci.
In orice caz,Branca a fost anticipat de Taqi al-Din Muhammad ibn Ma’ruf al-Shami al-Asadi, care a trait in jurul anului 1550 in Imperiul Otoman si a a fost considerat in mod aproape general cel mai mare om de stiinta al epocii sale.Ralizarile lui sunt impresionante.S-a ocupat de tot,de la astrologie la zoologie,inclusiv mestesugul construirii ceasurilor,de medicina,filosofie si teologie si a scris peste 90 de carti.In lucrarea sa din anul 1551, intitulata Al-turuq al-samiyya fi al-alat al-ruhaniyya – Metodele sublime ale masinilor spirituale, al-Din a descris o turbina primitiva cu abur,spunand ca putea sa intoarca,cat ai clipi,carnea pusa la prajit.
Primul motor cu adevarat practic a fost o pompa cu apa inventata de Thomas Savery in anul 1698.Primul care a realizat un profit comercial,construit de Thomas Newcomen in anul 1712,a declansat Revolutia Industriala.Insa motorul Newcomen a fost foarte ineficient.Contributia lui Watt a constat in introducerea unui condensator special pentru abur,reducand pierderea fara caldura.Pus la punct folosindu-se de sumele de bani asigurate de antreprenorul Matthew Bolton,acest nou tip de motor folosea doar un sfert din cantitatea de carbuni la Tipon, unul la fierariile din Shrooshire si unul la Londra.
Motoarele cu abur realizau o multitudine de functii industriale, dar de departe,cea mai obisnuita a fost pomparea apei din mine.Dezvoltarea unei mine costa foarte multi bani,dar pe masura ce straturile superioare erau epuizate minerii erau fortati sa sape mai adanc in pamant si ajungeau la panza freatica.Merita sa se mai cheltuiasca ceva bani pentru pomparea apei afara din mina,de vreme ce alternativa era sa se inchida mina si sa o ia de la capat in acelasi timp – si acest lucru este posibil ca nici macar sa nu fie fezabil.Insa nimeni nu voia sa plateasca mai mult decat era obligat, astfel incat un fabricant care putea sa proiecteze si sa construiasca un motor cu abur mai eficient putea sa ocupe o pozitie pe piata.Asa ca intrebarea fundamentala,cat de eficient poate sa fie un motor cu abur,isi cerea un raspuns ferm. Iar raspunsul a facut mai mult decat sa descrie limitele motoarelor cu abur:a creat o noua ramura a fizicii,ale carei aplicatii au fost aproape nelimitate.noua fizica a scos la lumina intreaga materie,de la gaze la structura intregului univers;se aplica nu numai materia moarta a fizicii si chimiei,ci poate chiar si proceselor complexe ale vietii insasi.
A fost numita termodinamica:miscarea caldurii.Si, la fel cum legea conservarii energiei in mecanica respinge posibilitatea construirii oricarui fel de masina de tip perpetuum mobile, legile termodinamicii au respins cu totul posibilitatea construirii oricarui fel de masini similare care ar folosi caldura.Una dintre aceste legi,prima lege a termodinamicii, a dezvaluit o noua forma de energie asociata cu caldura si a extins legea conservarii energiei (capitolul 3) la noul domeniu al motoarelor termice.O alta, fara niciun fel de precedent, a aratat ca anumite moduri potentiale de schimbare a caldurii, care nu intrau in conflict cu conservarea energiei,erau totusi imposibile,pentru ca ar fi trebuit sa creeze ordine din dezordine.Aceasta a fost a doua lege a termodinamicii.

„Citat din: 17 ecuatii care au schimbat lumea de Ian Stewart”