Alles gaat langzaam kapot
The 2nd Law: De technisch geschoolde mensen zegt dit genoeg. De rest van de wereld heeft waarschijnlijk geen flauw idee waar ik het over heb. Althans dat dacht ik tot ik op de radio een nummer hoorde van de Britse band Muse, met de titel: The 2nd Law: Unsustainable. (De tweede hoofdwet: niet-duurzaam). De tweede hoofdwet verwijst naar de tweede hoofdwet van de technische warmteleer (de zogenaamde thermodynamica). De thermodynamica vormt een zeer belangrijk vakgebied binnen de natuur- en scheikunde en dus ook in de procestechnologie. Volgens de band is de gedachte achter The 2nd Law: “…dat alles langzaam kapot gaat. Ons leven zoals we het kennen is niet houdbaar. Meer persoonlijk genomen vechten we iedere dag tegen de wereld om ons heen. Onze relaties, de dingen die we doen en hoe we zelf ook wel weten dat ons leven een contradictie is met wat onvermijdelijk gaat gebeuren”.
Mmhh…ziet er niet echt rooskleurig uit en tijd voor een analyse dacht ik zo.
Twee hoofdwetten
Energie kan in verschillende vormen voorkomen; denk bijvoorbeeld aan elektrische energie of warmte (thermische energie). Thermodynamica houdt zich bezig met het beschrijven van energiestromen. De thermodynamica wordt gebruikt om processen zoals het samenpersen van gassen te beschrijven (zoals bij een compressor gebeurt), maar ook bij chemische reacties: vindt een chemische reactie wel of niet plaats, komt er energie (warmte) bij vrij of neemt de reactie juist energie (warmte) op? Er zijn in de thermodynamica drie hoofdwetten gedefinieerd, waarvan ik alleen de eerste twee aanstip. De hoofdwetten kunnen wiskundig niet bewezen worden, maar alleen door experimenten worden aangetoond. Er is nog nooit een experiment geweest dat de hoofdwetten in twijfel heeft getrokken. De eerste hoofdwet staat ook wel bekend als de wet van behoud van energie: er kan geen energie uit het niets ontstaan of in het niets verdwijnen. Het is wel mogelijk om de ene energiesoort in de andere om te zetten. De eerste hoofdwet zegt echter niets over de richting waarin een proces plaatsvindt. Stel dat we twee metalen blokken hebben, de ene met een hoge temperatuur en de andere met een lage temperatuur. Als we de twee blokken tegen elkaar aan leggen zal er energie (warmte) van het ene blok naar het andere gaan stromen. Wij weten inmiddels dat de energie van het blok met de hoge temperatuur naar het blok met de lage temperatuur zal stromen totdat de temperaturen in de beide blokken gelijk zijn. Als dit net andersom zou zijn, zou dit niet in conflict zijn met de eerste hoofdwet, er is namelijk nog steeds geen energie verloren gegaan of bijgekomen. Daarom is de tweede hoofdwet bedacht. De tweede hoofdwet (en daar is ie dan: the second law) is een beperking van de eerste hoofdwet en zegt iets over de richting van een proces. Hierbij wordt het begrip Entropie gebruikt. Bij spontane processen neemt de Entropie toe.
Even terug naar het voorbeeld van het warme en koude blok: de metaalatomen in het warme blok hebben veel energie en trillen heftig, chaotisch. Die in het koude blok, trillen een beetje en zijn netjes geordend. Als de blokken tegen elkaar aan komen zullen de atomen die heftig en chaotisch bewegen, tegen de atomen aanbotsen die het rustiger aandoen. Deze gaan op hun beurt (ze moeten wel!), ook heftiger en chaotischer bewegen en geven dit weer door aan de anderen enzovoort. De energie is verdeeld over de twee blokken en de chaos tussen de atomen is toegenomen.
Wat een chaos!
Chaos is het woord dat we bedacht hebben voor een orde die we niet begrijpen – Henry Miller
Entropie zegt dus ook iets over chaos: Bij spontane processen neemt de chaos toe. Als een glas tijdens het afwassen uit je handen valt, valt het in scherven uit elkaar, maar het zal nooit spontaan weer in elkaar gaan. En nu komt het belangrijkste: dit geldt alleen voor een geïsoleerd systeem. Bij een geïsoleerd systeem wordt geen energie toe- of afgevoerd. Als je de scherven van het glas bij elkaar veegt, verzamelt en met secondenlijm weer aan elkaar lijmt, heb je weer een heel glas, maar daar stop je heel veel energie in! Als je die energie er niet in zou stoppen is de kans vrijwel uitgesloten dat het glas vanzelf weer heel zou worden.
The 2nd Law: Unsustainable
Muse vindt dus dat de wereld om ons heen langzaam kapot gaat. Hieronder de songtekst en mijn eigen vertaling ervan ernaast, zodat je met de song mee kan lezen.
| The 2nd Law: Unsustainable
All natural and technological Processes proceed in such a way that the availability of the remaining energy decreases In all energy exchanges, if no energy enters or leaves an isolated system the entropy of that system increases Energy continuously flows from being concentrated to becoming dispersed spread out, wasted and useless New energy cannot be created and high-grade energy is being destroyed An economy based on endless growth is unsustainable Unsu… The fundamental laws of Thermodynamics will place fixed limits on technological innovation and human advancement In an isolated system, the entropy can only increase A species set on endless growth is unsustainable Unsu… |
De 2e wet: Niet-duurzaam
Alle natuurlijke en technologische processen gaan zodanig verder dat de beschikbaarheid van de resterende energie afneemt Bij alle uitwisseling van energie, waarbij geen energie een geïsoleerd systeem binnenkomt of uitgaat, neemt de entropie van dat systeem toe Energie stroomt continu vanuit een geconcentreerde vorm naar gedispergeerde, verspreide, verspilde en nutteloze energie Nieuwe energie kan niet worden gemaakt en hoogwaardige energie wordt vernietigd Een economie gebaseerd op eindeloze groei is niet duurzaam Niet- … De fundamentele wetten van de thermodynamica plaatsen vaste beperkingen op technologische innovatie en menselijke vooruitgang In een geïsoleerd systeem zal de entropie alleen maar toenemen Een soort die op eindeloze groei is gebaseerd is niet duurzaam Niet … |
Geïsoleerd systeem
Best een aardige song vind ik eigenlijk, zeker als je het een paar keer hoort, maar de interpretatie van de tweede hoofdwet is mijns inziens niet geheel correct. De uitspraken van de band dat de wereld om ons heen langzaam maar zeker kapot gaat zou waar zijn als we ons op de aarde in een geïsoleerd systeem bevinden, maar dat is het punt: de aarde is geen geïsoleerd systeem. Het heelal wordt wel gezien als een geïsoleerd systeem. De uitvinder van de Entropie, de natuurkundige Clausius heeft genoteerd: De entropie van het heelal neemt toe. Dus de chaos in het totale heelal ook. Op aarde ontvangen we echter energie van de zon. Energie die gebruikt wordt om planten koolstofdioxide om te laten zetten in glucose en energie die gebruikt wordt om elektrische energie op te wekken. De entropie neemt in dit geval niet toe maar af. Iets wat zonder hulp van de zon nooit zou lukken. We kunnen de natuurlijke afbraak van de wereld om ons heen best wel aardig beteugelen, maar je ontkomt er niet aan om daar zelf energie in te stoppen, soms heel veel energie. In alles wat je doet…
