Koelkast

Onderwerp: Thermische processen

fgh

Bij de stoommachine gaat er steeds warmte van een plaats met een hogere temperatuur (de ketel) naar een plaats met een lagere temperatuur (de omgeving). Daarbij komt energie, arbeid vrij.
Bij de koelkast wordt er telkens warmte van een plaats met een lagere temperatuur naar een plaats met een hogere temperatuur gepompt: de keuken waar de koelkast staat, wordt opgewarmd door de warmte die uit de koelkast wordt gepompt. Dit is te voelen door een hand te houden bij de achterkant van de koelkast.

De koelkast kun je zien als een omgekeerde stoommachine. De warmte stroomt van lage temperatuur naar hoge temperatuur en er gaat energie in de koelkast in plaats dat er, zoals bij de stoommachine, energie uitkomt.

Schematische weergave van warmte-uitwisseling in een stoommachine (boven) en een koelkast (onder).

Met behulp van een koelkast scheid je een koude ruimte van een warme ruimte. Je brengt dus ordening aan. Schakel je de koelkast uit dan zal warmte uit de ruimte waarin de koelkast staat naar de koudere koelkast gaan totdat de temperatuur van de lucht in de koelkast gelijk is aan die van de omgeving. Er is ordening verdwenen: de entropie is toegenomen.

Geordende systemen

Om de ordening in de koelkast tot stand te brengen, de entropie te laten afnemen, moet elders de entropie toenemen. Dat gebeurt in de elektriciteitscentrale waar de elektrische energie voor de koelkast wordt opgewekt. Daar wordt bijvoorbeeld aardgas verbrand: een toename van entropie.

In het algemeen geldt dat een geordend systeem met een lagere entropie dan de omgeving alleen kan bestaan omdat er tevens een entropieverhoging ergens anders, buiten het systeem, is.

Je lichaam blijft een geordend geheel, omdat je voortdurend voedsel verbrandt. Je kunt jezelf zien als een kacheltje: je geeft voortdurend warmte af aan je omgeving omdat je voedsel omzet in energie, daardoor neemt de entropie van je omgeving toe en kan je eigen entropie dus dezelfde waarde behouden.

Voor de gehele aarde geldt dat er geordende organismen en zaken kunnen zijn, omdat de entropie buiten de aarde voortdurend toeneemt. Deze toename van de entropie is een gevolg van het feit dat het invallende zonlicht een lagere entropie heeft (meer geordend is) dan de warmte(straling) die teruggaat naar het heelal.

Voor het heelal geldt, dat vanaf de oerknal de entropie toeneemt. De entropie van het heelal op het moment dat de bigbang plaatsvond, moet dus zeer laag geweest zijn.

Het is verrassend hoe je door na te denken over de werking van de stoommachine, na een aantal stappen, een uitspraak kunt doen over de ontwikkeling van het heelal. Dit is waar sommige fysici van dromen.