Termodynamikkens 2. lov - forudsætningen for moderne energiteknologi
VERDEN PÅ FORMLER: Termodynamikkens 2. lov er helt afgørende for, at menneskeheden bliver stadig bedre til at udnytte klodens ressourcer og er dermed en grundpille for udviklingen af moderne energiteknologi.
Termodynamikkens 2. lov siger, at hvis man giver et lukket system mulighed for at udvikle sig uden menneskelig indgriben, vil det ske tilfældigt og dermed kaotisk – energiniveauet vil dog altid være det samme, selvom mængden af utilgængelig energi altid vokser.

Termodynamikkens 2. lov siger i al sin tilsyneladende enkelhed, at hvis man giver et lukket system mulighed for at udvikle sig uden menneskelig indgriben, vil det ske tilfældigt og dermed kaotisk – og så vil entropien (S) i systemet vokse. Hvad entropi er for noget, vender vi tilbage til.

Lovens opdagelse udspringer af problemer med dampmaskinen og ønsket om at opfinde en evighedsmaskine.

Læs også: 'Erkendelser: Termodynamikken'

Den ellers revolutionerende dampteknologi led i begyndelsen af 1800-tallet under, at en meget stor del af den energi, man tilførte i form af kul, forsvandt ud i den blå luft som et varmetab. Det kunne ikke forklares med Newtons mekaniske love, som videnskaben dengang mente rummede alle svar. Førende fysikere satte sig for at løse gåden.

Målrettet grundforskning

Det var den omvendte verden i forhold til den måde, man normalt laver grundforskning på, forklarer Jens Morten Hansen, statsgeolog og adjungeret professor i naturfilosofi på Københavns Universitet og tidligere direktør for Forskningsstyrelsen.

Fakta

’Verden på formler’ er 20 korte artikler om en fysisk, matematisk eller kemisk formel, der har haft afgørende indflydelse på vores opfattelse af verden.

Hvem udviklede formlen? Hvad betyder formlen konkret? Under hvilke omstændigheder blev den til? Hvordan blev den modtaget i samtiden? Og hvad har den betydet for udviklingen af den verden, vi kender i dag?

Dette er sjette artikel i rækken, og denne gang gælder det Termodynamikkens 2. lov.

»Normalt ved du ikke, hvad din grundforskning konkret skal bruges til. Termodynamikken er derimod inspireret af et teknisk problem, og man brugte grundforskning til at finde ud af, hvad det egentlig er, der foregår i dampmaskinen. Målet var at udnytte brændslet bedre og dermed begrænse varmetabet,« siger han.

Energien er konstant

Udviklingen af termodynamikken var en proces, der strakte sig over mere end 100 år og implicerede adskillige berømte videnskabsfolk, der stod på skuldrene af hinanden, fortæller Jens Morten Hansen.

Fysikerne Boltzmann og Clausius var nøglepersoner. Før dem gjorde ingeniøren Carnot den for termodynamikken afgørende opdagelse, at energien i et lukket system er konstant.

Det vil sige, at den energi, et lukket system bruger, stadig er i systemet efter brug – den er bare omdannet til nye energiformer, hvoraf nogle er tilgængelige og andre utilgængelige. Mængden af utilgængelig energi vokser altid.

Kaotiske it-systemer

Forskerne betegnede den utilgængelige energi som et systems entropi (= indadvendthed). Clausius fremførte en teori om, at universet kan betragtes som et lukket system, der til sidst vil lide ’universets varmedød’.

Rudolf Clausius (1822-1888), tysk fysiker. (Foto: Wikimedia)

Modsat mennesker, dyr og planter, der har fundet et modtræk til entropiens vækst ved at vekselvirke med omverdenen, pointerer Jens Morten Hansen.

»Gennem de fysiologiske processer kan vi skelne mellem energiformerne, så vi kan skille os af med den utilgængelige energi ved at bortlede varme fra kroppen og udskille affaldsstoffer. Det kan uorganiske eller uintelligente systemer som for eksempel dampmaskiner ikke og derfor mister de kostbare energiressourcer.«

»Alverdens energiteknologi har siden haft ét fælles hovedformål, nemlig at minimere entropien gennem intelligent indgriben for på den måde at udnytte energien bedst muligt,« siger han og tilføjer, at nyere forskning viser, at der også uvægerligt vil opstå entropi i informationssystemer som for eksempel store databaser.

»Jo flere informationer man samler i ét system, jo mere kaotisk og utilgængeligt bliver det. Det er mange it-udviklere endnu ikke tilstrækkeligt bevidste om. Men det skal de nu nok blive,« siger Jens Morten Hansen.

Artiklen er tidligere bragt i Magisterbladet.