5 još jednadžbi fizike koje bi svi trebali znati

S desne strane, k_B naziva se Boltzman konstanta i omega (Ω) je broj mogućih “mikrostata”. Dopustite mi da objasnim s primjerom: recimo da imam četiri kovanice i četiri osobe. Na koliko različitih načina mogu podijeliti ove kovanice? Pa, dva ekstremna slučaja bila bi da svi dobivaju jedan novčić ili da sva četiri kovanice idu na jednu osobu. Sve u svemu, postoji 35 mogućih raspodjela. To su mikrostate (Ω). Tako da možete razmišljati o njima kao moguće rasporede energije među česticama, a istovremeno držite ukupnu energiju isto.

Ako ispustim košarku, njegova gravitacijska potencijalna energija opada kako pada i povećava se njegova kinetička energija – čuva se totalna energija. Ali ne odskače se tako visoko kao što je počelo. To je zato što neki energija propušta kao toplina na udarce. Lopta se malo zagrijava. Kad uzmemo u obzir tu toplinsku energiju, otkrivamo da je energija još uvijek sačuvana. Ali entropija je veća.

Ali što ako je lopta dobila hladniji i odskočen viši? To bi značilo da se toplinska energija smanjuje i povećava se kinetička energija. Energija bi još biti sačuvan, ali u ovom ishodu entropija se smanjuje. To je zapravo moguće, ali ovaj eksperiment biste mogli pokrenuti do kraja vremena i nikad ne dobiti taj ishod.

Evo još jednog zabavnog primjera. Zamislite da led stavite u čašu tople vode. Je li moguće da voda postane toplija i led postaje hladniji? Opet, vjerojatnost je ne-nula, ali to je ekstremno malo vjerojatna. Formula Boltzmanna kaže da što je moguće više mikrostata, veća je entropija.

U konačnici, to dovodi do drugog zakona termodinamike, koji kaže da se ukupna entropija zatvorenog sustava može povećavati samo s vremenom, ili se barem nikad ne može smanjiti. Dakle, poput, vaš će stol dobiti samo Messier i Messier, osim ako ne otvorite taj “sustav” i ne napravite neki “posao” – što, zapamtite, znači dodavanje energije. Nažalost, svemir je uistinu izoliran sustav, tako da može završiti samo jedan način – u ukupnom gubitku svih struktura i života.

4. Ohmov zakon

Ova se jednadžba koristi u mnogim našim modernim uređajima jer se bavi električnom energijom. Ohmov zakon daje odnos između promjene električne potencijalne energije (ΔV) preko nekog elementa u krugu i električnoj struji (Ja) krećući se kroz taj element. Jer je naporno reći “promjena električnog potencijala”, često je jednostavno nazivamo “naponom”, jer se mjeri u voltima. Konstanta proporcionalnosti između napona i struje naziva se otpor (R); Nije iznenađujuće da se mjeri u jedinicama ohma.