Thermodynamica
De thermodynamica werd in de 19de eeuw ontwikkeld, deels ingegeven door het streven om de al eerder ontwikkelde stoommachine efficiënter te maken. De equivalentie van warmte, arbeid en energie werd onderkend en vastgelegd in de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Tevens werd duidelijk dat alle processen in de natuur gedreven worden door de toename van de wanorde: de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Populair gezegd: Bij alles wat er gebeurt wordt de wanorde groter.
Op grond van de tweede hoofdwet voorspelde de Engelse natuurkundige Lord Kelvin dat het heelal in enig stadium de entropiedood zou sterven: Uiteindelijk - gelukkig duurt dat nog even - is er alleen nog maar chaos.Voor toestanden van hoge orde en dus lage entropie, zoals bijvoorbeeld levende wezens, of meer in het algemeen de biosfeer, kan daarin natuurlijk geen plaats meer zijn. Verbazingwekkend bij dit alles is dat tijdens de afgelopen honderden miljoenen jaren zich op aarde een steeds complexere biosfeer heeft ontwikkeld. Hoe verhoudt zich dat met de tweede hoofdwet….?
In dit college wordt een overzicht van de thermodynamica geboden. We zullen ingaan op de hoofdwetten van de thermodynamica. We kijken naar de statistische achtergrond van deze wetten en er zullen een aantal praktische toepassingen worden behandeld. Ook aan de historische ontwikkeling wordt enige aandacht besteed en uiteindelijk zullen we de uitspraak van Lord Kelvin nader onder de loep nemen.
Bij het college is enige wiskunde (differentiëren, integreren, logaritme, e-macht) nodig die traditioneel in de hogere klassen van HBS-B of Gymnasium-B aan de orde kwam. Ook aan deze wiskunde zal de nodige aandacht worden besteed.
Programma
Onomkeerbare processen
Macrotoestanden en microtoestanden
Toename van entropie(wanorde): de tweede hoofdwet van de thermodynamica
Entropie en temperatuur
Het ideale gas
Gasprocessen
Berekening van entropieveranderingen.
Warmtemachines (koelkast, warmtepomp, motoren etc.)
Klimaatfysica: een eenvoudig klimaatmodel
De toekomst van het heelal
