Undang-undang termodinamik ialah undang-undang yang mengawal hubungan antara haba dan kerja mekanikal, dan ia sangat relevan dengan kehidupan seharian kita. Undang-undang kedua termodinamik, undang-undang peningkatan entropi, menerangkan bahawa fenomena alam berlaku dalam arah peningkatan gangguan. Ia menekankan kepentingan menjimatkan tenaga dan melindungi alam sekitar, dan tindakan kecil dalam kehidupan kita boleh membuat perubahan besar.
Undang-undang termodinamik: tajuk besar, tetapi tidak sukar!
Undang-undang termodinamik ialah undang-undang yang mengawal fenomena haba dan aliran tenaga berdasarkan hubungan asas antara haba dan kerja mekanikal. Terdapat empat undang-undang (undang-undang ke-0, ke-1, ke-2, dan ke-3 termodinamik). Nama "undang-undang termodinamik" mungkin kelihatan seperti istilah teknikal untuk orang yang tidak mempelajari termodinamik dan mungkin tidak begitu relevan dengan kehidupan mereka. Walau bagaimanapun, undang-undang termodinamik amat relevan dengan kehidupan harian setiap orang, dan ia tidak begitu teknikal. Sebaliknya, ia menyeronokkan dan perlu diketahui.
Jika anda melihat undang-undang termodinamik dalam buku termodinamik, ia adalah sukar untuk difahami kerana ia dinyatakan dalam formula yang tidak terdapat dalam bahasa Korea. Apabila undang-undang termodinamik dijelaskan dalam perkataan, anda akan berfikir, “Oh, itu tidak begitu sukar! Bagi mereka yang gentar dengan hukum termodinamik, marilah kita membiasakan diri dengannya, terutamanya hukum termodinamik kedua, yang berkait rapat dengan kehidupan seharian kita!
Undang-undang kedua termodinamik: perubahan di dunia berlaku ke arah peningkatan gangguan!
Hukum kedua termodinamik juga dikenali sebagai undang-undang peningkatan entropi. Ia menyatakan bahawa "perubahan dalam fenomena semula jadi berlaku ke arah meningkatkan jumlah entropi, dan bukan ke arah mengurangkan jumlah entropi." Dengan kata lain, ia menentukan arah fenomena alam. Apabila kita merujuk kepada ΔS sebagai jumlah perubahan entropi, kita boleh menyatakan bahawa 'ΔS lebih besar daripada atau sama dengan sifar'.
Tetapi apakah 'entropi' dalam konteks ini? Entropi hanyalah 'gangguan'. Tiada definisi entropi yang ketat, tetapi ia boleh difahami sebagai sama seperti gangguan dalam penggunaan harian. Sebagai contoh, pertimbangkan keadaan pepejal ais: molekul air dalam ais adalah tetap dan tidak boleh bergerak dari satu tempat ke satu tempat. Oleh itu, bentuk ais juga tetap, iaitu, ia mempunyai tahap gangguan yang rendah dan teratur. Apabila ais cair dan menjadi air cair, molekul air boleh bergerak dengan lancar, yang bermaksud gangguan itu lebih tinggi daripada ais. Begitu juga apabila air mendidih dan menjadi wap air. Gas mempunyai lebih banyak pergerakan molekul dan lebih aktif daripada cecair, yang serupa dengan fenomena buku di rak buku menjadi kucar-kacir di atas meja.
Jadi, dalam istilah orang awam, undang-undang kedua termodinamik menyatakan bahawa kebanyakan perubahan kimia dalam alam semula jadi berlaku ke arah peningkatan gangguan, bukan sebaliknya.
Meningkatkan entropi adalah sama dengan cara bilik menjadi kucar-kacir apabila kita menggunakannya!
Mari kita ambil satu analogi dari kehidupan kita. Katakan anda meletakkan Chulsoo, seorang lelaki muda berusia 20 tahun yang tinggal di kawasan kejiranan A di Seoul, Korea Selatan, di dalam sebuah bilik dan menutup bilik itu supaya tiada tenaga atau jirim boleh memasuki bilik dari luar. (Bilik yang terpencil dari dunia luar dipanggil "sistem terpencil.") Mari kita perhatikan Chulsoo dalam keadaan terpencil ini selama sehari atau lebih. Apa yang anda nampak? Bilik itu huru-hara. Buku-buku di rak buku yang tersusun rapi sebelum dia masuk ke dalam bilik merata-rata, dan tercium bau busuk dari najisnya. Dengan kata lain, tahap gangguan telah meningkat.
Walau bagaimanapun, seseorang mungkin berhujah. Jika Cheol-su lebih teratur, entropi berkurangan. Tetapi walaupun begitu, gangguan meningkat. Gangguan itu bertambah kerana peluh dan kepanasan hasil kerja kerasnya, dan najis dan haba yang secara semula jadi akan dilepaskan walaupun dia hanya berdiri diam dan tidak membuat kacau. Terdapat "kos" untuk mengurangkan entropi, dan jika kos diambil kira, entropi keseluruhan akhirnya akan meningkat. Ia tidak pernah berubah ke arah penurunan entropi. Ia juga mustahil untuk membalikkan gangguan yang meningkat. Ketidakterbalikan ini dipanggil "proses tidak dapat dipulihkan".
Hukum kedua termodinamik menentukan arah fenomena alam!
Terdapat banyak proses dalam alam semula jadi yang sebenarnya tidak berlaku. Contohnya, jika anda meletakkan bahan sejuk bersentuhan dengan bahan panas, haba akan sentiasa bergerak dari panas ke sejuk. Perkara sebaliknya tidak akan berlaku. Ia adalah “proses yang tidak dapat dipulihkan. Jika anda menjatuhkan dakwat ke dalam air, ia akan merebak secara merata ke seluruh air. Ini juga merupakan peningkatan gangguan dan mengikut undang-undang kedua termodinamik. Sukar untuk membayangkan dakwat secara spontan berkumpul kembali ke satu tempat. Pada skala yang lebih besar, jika kita menganggap alam semesta sebagai sistem terpencil, gangguan alam semesta secara keseluruhannya sentiasa meningkat.
Mari kita ambil contoh yang lebih topikal. Arang batu dan minyak, yang berguna kepada kita, adalah pepejal dan cecair, yang lebih stabil daripada gas, bermakna ia mempunyai entropi yang rendah. Sekarang, apabila anda memasukkannya ke dalam kereta dan membakarnya, ia bertukar menjadi gas, seperti karbon dioksida, air, dan sulfur dioksida. Gas mempunyai entropi yang tinggi, jadi perubahan kimia telah berlaku ke arah peningkatan entropi. Tetapi bagaimana dengan proses sebaliknya? Adalah mustahil bagi gas-gas daripada minyak yang terbakar untuk secara semula jadi terkumpul dan bertukar semula menjadi minyak, yang merupakan "proses yang tidak dapat dipulihkan." Oleh itu, entropi Bumi terus meningkat.
Meningkatkan entropi bukan perkara yang baik!
Masyarakat perindustrian kita yang bertenaga petroleum sedang cepat menghabiskan sumber petroleum terhingga planet ini dan menjadi masyarakat yang semakin haus tenaga, yang bermaksud bahawa kadar pertumbuhan entropi semakin pantas. Sekiranya entropi terus meningkat pada kadar semasa, sumber fosil tidak lama lagi akan habis dan masalah alam sekitar seperti pemanasan global dan pencemaran udara akan bertambah teruk. Memandangkan adalah mustahil untuk mengurangkan peningkatan entropi, kita perlu berwaspada terhadap isu sumber, isu alam sekitar, dan berhati-hati dalam penggunaan sumber. Kita tidak boleh menghentikan entropi daripada meningkat, tetapi kita boleh memperlahankannya dengan menjimatkan tenaga secara individu. Amalan asas penjimatan tenaga, seperti kurang menggunakan penyaman udara dan menaiki pengangkutan awam, secara kolektif boleh memberi impak yang besar. Mengapa tidak kita semua cuba mengingati hukum kedua termodinamik dalam kehidupan seharian kita?
Apakah yang boleh diajar oleh undang-undang termodinamik kepada kita
Memahami undang-undang termodinamik bukan sahaja membantu kita dalam kehidupan seharian kita, tetapi juga dalam memahami cara Bumi dan alam semesta berfungsi. Ia boleh membantu kita menjadi lebih cekap dengan tenaga yang kita gunakan dan mengurangkan pembaziran tenaga yang tidak diperlukan. Undang-undang termodinamik juga merupakan konsep penting yang mendasari kemajuan teknologi dan inovasi, dan akan memainkan peranan penting dalam menyelesaikan cabaran tenaga masa depan.
Kita perlu lebih sedar tentang hukum termodinamik dalam kehidupan seharian kita. Fikirkan tentang cara semua sumber kita digunakan - elektrik dan gas di rumah kita, makanan dan air yang kita makan - dan cara tenaga diubah dalam proses itu. Tindakan kecil ini boleh menambah untuk membuat perbezaan yang besar.
Undang-undang termodinamik bukan sekadar pengetahuan saintifik, ia adalah undang-undang penting yang berkait rapat dengan kehidupan kita. Memahami dan mengamalkannya adalah langkah pertama untuk masa depan yang lebih baik.
