[{"text_idx": "#000000", "text": "Kiel baki ovon igas la universon pli h\u0302aosa"}, {"text_idx": "#000001", "text": "Kio estas pli varma, c\u0302u ligno au\u0306 c\u0302u metalo? Se oni lasas pecojn da metalo kaj ligno en la sama c\u0302ambro kaj atendas kelkajn horojn, la metalo s\u0302ajnas malvarma kompare ol la ligno kiam oni tus\u0302as g\u0302in. La temperaturo en la c\u0302ambro restas konstanta, do la du pecoj devus havi la saman temperaturon c\u0302u ne? Alie fluus varmo inter la c\u0302ambro kaj la pecoj. Malgrau\u0306 tio, kio s\u0302ajnas logika, temperaturo kaj varmo do ne estas la sama afero. Ili rilatas, sed restas du apartaj konceptoj."}, {"text_idx": "#000002", "text": "La kampo de scienco kiu studas la fluon de varmo kaj aferoj kiuj rilatas al tio nomig\u0302as termodinamiko. G\u0302i venas de la grekaj vortoj por varmo kaj forto. G\u0302i estas tre grava temo kaj granda plejmulto el la studentoj de naturaj sciencoj studas g\u0302in. G\u0302i priskribas kiel motoroj funkcias, kio estas tre grava por transporto kaj fabrikado, sed ankau\u0306 h\u0302emiistoj uzas termodinamikon por kalkuli c\u0302u specifaj h\u0302emiaj reagoj povas okazi. G\u0302i ec\u0302 helpas astronomojn, kiuj provas klarigi la naskig\u0302on kaj morton de la tuta universo. G\u0302i povas esti malsimpla kaj kontrau\u0306intuicia scienco, sed kompreni ec\u0302 la bazajn principojn povas multe s\u0302ang\u0302i kiel oni rigardas la mondon kaj helpi onin eviti penserarojn."}, {"text_idx": "#000003", "text": "Termodinamiko havas kelkajn kernajn leg\u0302ojn. Tiuj ne estas kiel la leg\u0302oj en lando, c\u0302ar oni ne ricevas punon kiam oni ignoras ilin. La leg\u0302oj de termodinamiko estas fizikaj leg\u0302oj, lau\u0306 nia kompreno de la universo, ne povas esti rompataj. La unua estas la nula leg\u0302o de termodinamiko, kiu nomig\u0302as tiel, pro tio ke g\u0302i estis aldonita poste, kiam la unua leg\u0302o jam ekzistis. La nula leg\u0302o diras la sekvan:"}, {"text_idx": "#000004", "text": "\u201cSe du termodinamikaj sistemoj estas en termodinamika ekvilibro kun tria, ili estas ankau\u0306 en la ekvilibro unu kun la alia.\u201d"}, {"text_idx": "#000005", "text": "Termodinamikaj sistemoj estas en ekvilibro kiam varmo povas libere flui ister ili kaj la temperaturo inter ili estas la sama. Ekzemplo de tio estas la pecoj da metalo kaj ligno en la c\u0302ambro (en termodinamiko sistemo estas la parto de la universo kiu interesas nin. La peco de metalo povas esti sistemo, la tuta c\u0302ambro, au\u0306 ec\u0302 la tuta universo!). La pecoj estas en ekvilibro kun la c\u0302ambro, c\u0302ar varmo povas libere flui inter ili kaj se oni atendas sufic\u0302e longe, la varmo fluos de la pli varma sistemo al la malpli varma, g\u0302is ambau\u0306 havas la saman temperaturon. Ni scias do ke la du pecoj estas en ekvilibro kun la c\u0302ambro, sed la nula leg\u0302o diras ke tio signifas ke ili ankau\u0306 estu en ekvilibro unu kun la alia, ec\u0302 se ili ne tus\u0302as. Tio do signifas ke malgrau\u0306 tio ke oni pensas ke la ligno pli varmas, la temperaturoj devas esti samaj. La nula leg\u0302o s\u0302ajnas nenecesa, sed oni povus diri ke g\u0302i estas la plej grava leg\u0302o, c\u0302ar g\u0302i igas termodinamikon matematika. La leg\u0302o diras pli abstrakte ke se la sistemoj nomig\u0302as A, B kaj C, oni povas diri \u201dA=B, do B=A\u201d kaj \u201dA=C kaj B=C, do A=B\u201d. Sen la nula leg\u0302o oni ne rajtas aserti tion kaj tio signifus ke oni ne povus priskribi termodinamikon per la matematiko al kiu oni alkutimig\u0302is. Povas esti ke oni dau\u0306re ne estas konvinkita pri tio ke la du pecoj havas la saman temperaturon, sed oni povas kontroli tion per termometro. La kialo ke la termometro ja sukcesas mezuri la temperaturon sed homo ne estas ke la termometro, se oni atendas iom, estos en ekvilibro kun la sistemo kiun oni mezuras. La termometro mezuras sian propran temperaturon, sed tiu estas la sama kiel tiu de la sistemo kiun oni mezuras. Homoj ne mezuras temperaturon, sed la fluon de varmo. Oni neniam estos en ekvilibro kun la pecoj, c\u0302ar oni mem produktas varmon, sed oni ja povas senti kiel la varmo fluas tra via hau\u0306to. Tio ja dependas de temperaturo, kio igas la sistemon sufic\u0302e bona por diveni temperaturon, sed g\u0302i ankau\u0306 dependas de la materialo kiun oni sentas. Tial la metalo s\u0302ajnas tiom malvarma."}, {"text_idx": "#000006", "text": "Malgrau\u0306 tio ke g\u0302i sentas malvarma, neg\u0302o pli rapide fandig\u0302as sur metalo, pro tio ke g\u0302i facile tralasas varmon"}, {"text_idx": "#000007", "text": "Ankau\u0306 la unua leg\u0302o de termodinamiko estas tre grava. G\u0302i priskribas energion kaj kion oni povas fari per g\u0302i. Pli precize, g\u0302i diras:"}, {"text_idx": "#000008", "text": "\u201dLa interna energio de izolita sistemo estas konstanta.\u201d"}, {"text_idx": "#000009", "text": "Ekzistas malsamaj manieroj por vortigi tion, sed c\u0302iuj el ili diras la saman aferon. Oni ne povas krei energion el nenio. Ankau\u0306 tiu aserto povas esti kontrau\u0306intuicia, pro tio ke oni povas bruligi lignon kaj senti la varmon, sed tiu energio jam estis en la sistemo. La varmo kiun oni sentas estas la energio kiu trovig\u0302is en la h\u0302emiaj\u0302oj de la ligno. Formi la ligojn en la molekuloj kiuj kreig\u0302as dum la reago kostas malpli da energio ol formi la ligojn en la ligno, do la energio kiun la reago ne bezonas ig\u0302as varmo. La ligno ricevis tiun energion de la suno kiam g\u0302i ankorau\u0306 estis planto kaj la suno liberigas energion per nukleaj reagoj. Kio ig\u0302as evidenta estas ke energio ne formig\u0302as dum tiuj reagoj, sed s\u0302ang\u0302ig\u0302as de unu formo al la alia. Ekzistas multaj formoj de energio, ekzemple h\u0302emia energio en reagoj, kinetika energio de movig\u0302o kaj radia energio de lumo. Termodinamiko priskribas la fluon de energio per du malsamaj konceptoj: varmo kaj laboro. Termodinamiko estas sufic\u0302e malnova scienco, do oni ekhavis grandskalan komprenon pli frue ol molekulan komprenon. Grandskale la diferenco inter laboro kaj varmo estas ke laboro povas esti uzata por levi mason. Plej ofte oni konsideras la volumenan laboron de gaso, kiu povas levi mason per pligrandig\u0302i, sed ekzemple la elektra laboro de baterio ankau\u0306 enkalkulig\u0302as, c\u0302ar la elektro povas levi mason per motoro. Oni kalkulas laboron per obligi la forton kiu faras la laboron kaj la distancon tra kiun la laboro pus\u0302as la mason. Varmo anstatau\u0306e estas la fluo de energio inter varma kaj malvarma sistemo. Varmo mem do ne estas energio, sed energifluo. La leg\u0302o ig\u0302as malpli abstrakte kiam oni aplikas g\u0302in al vera situacio."}, {"text_idx": "#000010", "text": "Ofta apliko de termodinamiko estas priskribi la kvalitojn de gasoj. Gasoj havas specifajn kvalitojn kiuj c\u0302iuj interrilatas, nome premo, volumeno, temperaturo kaj la kvanto da molekuloj (sed tiu kutime ne s\u0302ang\u0302ig\u0302as). Ekzistas diversaj modeloj por priskribi kiel tiuj kvalitoj influas unu la alian kaj la plej simpla estas tiu de ideala gaso. Idealaj gasoj ne vere ekzistas, sed estas modelo por priskribi verajn gasojn. La diferencoj estas ke la molekuloj de ideala gaso ne altiras au\u0306 forpus\u0302as unu la alian kaj ne perdas energion kiam ili kolizias. Nur gravas la movig\u0302o de la molekuloj mem. Kiam oni ne laboras kun ekstremaj kondic\u0302oj, tio estas sufic\u0302e bona alproksimig\u0302o. La forteco de la modelo estas ke oni povas kalkuli kvaliton kiun oni ne konas se oni ja konas la aliajn. Se oni do scias kiom da molekuloj da gaso oni havas kaj mezuras la temperaturon kaj la premon, oni povas kalkuli la volumenon de la gaso. Jen demando al kiu oni povas apliki la unuan leg\u0302on de termodinamiko: Se oni havas du ujojn el kiuj unu havas fiksan kovrilon (konstantan volumenon) kaj unu havas kovrilon kiu povas esti pus\u0302ata supren (konstanta premo), kiu bezonas pli da energio por atingi la saman temperaturaltig\u0302on? La problemo s\u0302ajnas stranga, c\u0302ar oni pensus ke oni bezonus same multe da energio por atingi la saman temperaturon, sed tio ne veras. Lau\u0306 la unua leg\u0302o, oni konsideru c\u0302iujn energifluojn enen kaj eksteren por scii kiom la energio de la sistemo, do ankau\u0306 la temperaturo, s\u0302ang\u0302ig\u0302as. Ambau\u0306 sistemoj ricevas energion per varmo, sed tio ne estas c\u0302io. Kiam la gaso plivarmig\u0302as, la premo plialtig\u0302as. En la unua ujo tio s\u0302ang\u0302as nenion, sed en la dua tio igas la gason pus\u0302i la kovrilon. Tio estas laboro! Oni bezonas kompensi por la energio kiun oni perdas tra laboro, do oni bezonas pli da varmo. Por pli facile varmigi ion, ujo kun konstanta volumeno do plej bonas. El la sama koncepto sekvas alia kontrau\u0306intuicia ideo. Sistemo povas gajni kaj perdi varmon sen s\u0302ang\u0302ig\u0302o de la temperaturo. Kiam oni malrapide kunpremas gason, la temperaturo ne s\u0302ang\u0302ig\u0302as, sed varmo ja fluas el la sistemo. Tio ne okazas se la sistemo estas bone izolita. Tiukaze la temperaturo plialtig\u0302as. Kio okazas estas ke oni enmetas energion en la sistemon per laboro (oni pus\u0302as la gason), sed pro tio ke oni faras tion malrapide, la sistemo c\u0302iam denove atingas ekvilibron kun la medio. C\u0302iam kiam oni do aldonas senfine malgrandan kvanton da energio, la sama kvanto forlasas la sistemon tra varmo. Konkrete oni do povas mezuri ke la termperaturo ne s\u0302ang\u0302ig\u0302as, malgrau\u0306 tio ke ekzistas fluo de varmo, kio denove montras kial oni ne pensu pri varmo kaj temperaturo kiel la sama afero."}, {"text_idx": "#000011", "text": "Por mezuri la varmon kiu eskapas el sistemo, oni povas fari eksperimenton en izolita \u201ckalorimetrilo\u201d kaj mezuri la temperaturs\u0302ang\u0302on"}, {"text_idx": "#000012", "text": "La molekula kompreno de varmo kaj laboro klarigas kial oni distingas du specifajn specojn de energifluo. Ambau\u0306 rilatas al la movig\u0302o de molekuloj. Ju pli alta la interna energio de iu materialo, des pli rapide la molekuloj movig\u0302as. La kvalitoj de gasoj estas regataj de tiu koncepto, pro tio ke la fortoj inter la molekuloj de gasoj estas malgrandaj, do la molekuloj movig\u0302as pli-malpli libere. La diferenco inter varmo kaj laboro estas la direkto de tiu movig\u0302o. Laboro rilatas al tre orda movig\u0302o de molekuloj, kiuj c\u0302iuj movig\u0302as en la sama direkto, sed varmo rilatas al la hazarda movig\u0302o de molekuloj. Konverti laboron al varmo do estas facila, pro tio ke ajna s\u0302ang\u0302ig\u0302o en la movig\u0302o de la molekuloj igas g\u0302in malpli orda. Kiom da laboro estas konvertata al varmo dependas tamen de la vojo kiun oni prenas. Ekzemplo de tio estas ke kiam oni rulas de monto per au\u0306to, gravito faras la saman kvanton da laboro, sendepende de c\u0302u oni bremsas au\u0306 ne, sed se oni bremsas, la bremsoj ig\u0302as pli varmaj kaj oni ne povas vojag\u0302i la saman distancon. Oni povas uzi motoron por konverti varmon al laboro, ekzemple per varmigi gason kaj kreskigi ties volumenon, por pus\u0302i la pis\u0302ton de la motoro. La diferenco estas ke oni ja povas tute konverti laboron al varmo, sed ne inverse, c\u0302ar krei ordan movig\u0302on el hazarda movig\u0302o estas malfacila."}, {"text_idx": "#000013", "text": "Laste, la dua kaj tria leg\u0302o de termodinamiko priskribas malordon per nova koncepto, nome entropio. Entropio estas mezuro de malordo, sed tio estas tre svaga difino, pro tio ke en la c\u0302iutaga vivo oni pensas eble pri sia dormc\u0302ambro kiam temas pri malordo. En termodinamiko indas pripensi entropion statistike. Ekzistas tiom da arang\u0302oj kiuj estas malordaj kompare al tiuj kiuj estas ordaj, ke spontanaj procesoj c\u0302iam strebas al malordo, simple pro probableco. Kiam oni ekzemple liberigas gason en c\u0302ambro, g\u0302i disig\u0302os kaj plenigos la tutan c\u0302ambron, c\u0302ar arang\u0302oj en kiuj c\u0302iuj molekuloj estas arang\u0302itaj hazarde estas multe pli oftaj ol tiuj en kiuj la molekuloj estas nur en eta parto de la c\u0302ambro. La entropio do spontane plialtig\u0302as. Formale la dua leg\u0302o de termodinamiko estas:"}, {"text_idx": "#000014", "text": "\u201cEn termodinamike izolata sistemo entropio neniam malkreskas\u201d"}, {"text_idx": "#000016", "text": "\u201dLa entropio de perfekta kristalo ja la absoluta nulo (malplej alta temperaturo) estas ekzakte 0\u201d"}, {"text_idx": "#000017", "text": "Oni ne povas malvarmigi sistemon al la absoluta nulo, do oni ne povas rekte mezuri la minimuman entropion de la sistemo, sed por la plejmulto da kalkuloj nur la s\u0302ang\u0302ig\u0302o de entropio s\u0302ang\u0302ig\u0302as. Ankau\u0306 la volumeno de oceano malfacile kalkuleblas, sed se oni aldonas literon, oni almenau\u0306 povas priskribi la s\u0302ang\u0302ig\u0302on."}, {"text_idx": "#000018", "text": "La dua leg\u0302o sonas sufic\u0302e stranga. G\u0302i diras ke la entropio de izolita sistemo restas konstanta au\u0306 kreskas. Oni vidas tamen ke akvo glaciig\u0302as, la fridujo malvarmigas mang\u0302aj\u0302ojn kaj por ne morti, la homa korpo tuttempe batalas kontrau\u0306 entropio. La diferenco estas ke tiuj sistemoj ne estas izolitoj. Prenu ekzemple la fridujon, varmo eliras, la temperaturo malaltig\u0302as kaj la molekuloj movig\u0302as malpli. La sistemo do ig\u0302is pli orda. La kuirejo ekster la fridujo ricevis la varmon tamen kaj la molekuloj en g\u0302ia aero ekmovig\u0302as pli rapide. Kiam oni kalkulas la sumon de tiu negativa kaj pozitiva s\u0302ang\u0302ig\u0302o, oni vidas ke la entropio de la kuirejo kaj la fridujo kune pligrandig\u0302as!"}, {"text_idx": "#000020", "text": "Entropio do c\u0302iam plialtig\u0302as, sed kion tio signifas? Homoj povas krei ordon en la propra korpo kaj batali kontrau\u0306 entropio per la energio en la mang\u0302o, sed la energio de tiu mang\u0302aj\u0302o iam venis de la Suno. C\u0302iam kiam la energio estis uzata, la entropio de la universo iomete plialtig\u0302is kaj ankau\u0306 la Suno ne eltenos por c\u0302iam. C\u0302iu generacio de steloj plialtigas la entropion de la universo, do g\u0302i ig\u0302as pli kaj pli malorda, pli h\u0302aosa. Por krei stelojn tamen, oni bezonas multe da materialo en unu loko, kio estas termodinamike tre orda. Teorie la entriopio do iam ig\u0302os tiom alta, ke steloj ne plu povas formig\u0302i. Unu el la teorioj pri la fino de la universo estas ke g\u0302i c\u0302iam ig\u0302os pli kaj pli orda, g\u0302is nenio plu povas okazi kaj c\u0302io estas silenta. Alia teorio proponas ke eble ekzistas aliaj universoj kie la dua leg\u0302o de termodinamiko estas inversigita, au\u0306 ke post la morto de c\u0302i tiu universo, g\u0302i inversig\u0302os en senfina ciklo. Oni ne povas certi pri la morto de la universo per la nuntempaj rimedoj, sed entropio almenau\u0306 ebligas interesan observon, nome ke tempo havas direkton. Tio sonas evidenta, sed pruvi tion estas malfacila. Pozicioj kaj movig\u0302oj estas simetriaj, do oni povas fari la saman procezon c\u0302ie en la universo kaj kun ajna konstanta rapido kun la sama rezulto, sed oni ne povas inversigi tempon kaj malbaki ovon. Kial tempo havas direkton estas granda puzlo tamen kaj unu el la plej interesaj demandoj g\u0302is nun."}]