האם ניתן, בצורה פשוטה, להקטין את כמות הגזים שבורחת מבקבוק קולה?
שיווי משקל בין הגז לנוזל
בזמן שהבקבוק סגור הגז בתוך הנוזל נמצא בשיווי משקל (equilibrium) עם הגז בבקבוק. שיווי משקל אינו פירושו שאין גזים יוצאים מהנוזל, אלא שכמות הגז שיוצאת שווה בדיוק לזו הנכנסת חזרה.
ניתן להבין זאת אם רואים את המערכת של הנוזל והגז כמערכת אחת גדולה. אין שום סיבה שיהיה יותר גז בפאזה הגאזית (gas phase) מאשר בזו של הנוזל. מצב זה יהיה לא יציב תרמודינאמית. לכן תתבצע השוואת ריכוזים על ידי יציאת הגז לאוויר.
החוק השני של התרמודינמיקה מסביר שכל מערכת שואפת לעלות ברמת האנטרופיה (entropy) שלה, או להקטין את כמות הסדר שבה. צפיפות גז גדולה במקום אחד במערכת וקטנה במקום אחר מגדירה מצב של סדר יתר. על ידי ערבוב של הגז באופן הומוגני, הריכוז משתווה.
מה קורה כשפותחים את הבקבוק
כשאנחנו פותחים את הבקבוק שיווי משקל זה מופר, והוא ישוב למצב שיווי משקל לאחר סגירה שנייה של הפקק כעבור זמן. אולם בכך כמות של גז כבר עזבה את הבקבוק. כך, כמות הפחמן הדו חמצני בפאזה הגאזית נשמרת זהה (בסוף השיווי משקל).
למה לחיצה על הבקבוק אינה עוזרת
על ידי כיווץ של הבקבוק אנו מקטינים את כמות הפחמן הדו חמצני שיכולה לצאת מהנוזל (בגלל חוסר מקום פיזי), אבל תוך כדי היציאה של הגז מהנוזל, הלחץ שלו ינפח בהדרגתיות את דפנות הבקבוק ויגדיל בהדרגה את נפחו חזרה.
למעשה ביצענו את המטרה ההפוכה: במצב יציב ראשוני הלחץ מעל הנוזל מכיל מולקולות אוויר ופחמן דו חמצני. אם שאבנו את האוויר בלחיצה הראשונית, הלחץ כולו יהיה (בסופו של דבר) 100 אחוז פחמן דו חמצני ולכן למעשה הרשינו ליותר גז לצאת מאשר היה יוצא לולא התערבנו בתהליך.
לכן אם נרצה להקטין את בריחת הגז ניאלץ להעביר בזהירות את המשקה לבקבוק קטן יותר, או להמשיך ולהחזיק את דפנות הבקבוק מכווצות.
מילה אחרונה על החוק השני של התרמודינמיקה
מילה אחרונה לגבי החוק השני של התרמודינמיקה. רבים חושבים שזוהי איזושהי גזירה משמיים, כמו חוקים רבים אחרים. לעולם הכוח יהיה שווה למכפלת המסה בתאוצה. אולם החוק השני אינו שרירותי כלל, אלא פונקציה הסתברותית בלבד.
יש סיכוי ממשי שכל הריח מהבושם ששמנו יתרכז בפינה של החדר ולא יזוז משם. אין שום חוק שקובע שהוא ישווה ריכוזים, כמו שאין שום חוק שקובע שאחרי שישה מיליון זריקות קוביה המספר חמש יצא מיליון פעמים. רק ההסתברות קובעת כך.
שאלות ותשובות
האם לחיצה על בקבוק קולה לפני סגירת הפקק מקטינה את בריחת הגז?
לא, ולמעשה היא עלולה להגדיל אותה. הגז שיוצא מהנוזל ינפח את הבקבוק חזרה, ואם האוויר נשאב בלחיצה, החלל שמעל הנוזל יתמלא בפחמן דו חמצני בלבד ויותר גז יצא מהנוזל.
מהו שיווי משקל בין הגז לנוזל בבקבוק סגור?
זהו מצב שבו כמות הגז שיוצאת מהנוזל שווה בדיוק לכמות הגז שחוזרת אליו, כך שהכמות בכל אחת מהפאזות נשארת קבועה.
מה קורה לגז כשפותחים את הבקבוק?
שיווי המשקל מופר ומעט גז יוצא לאוויר. לאחר סגירת הפקק מתייצב שיווי משקל חדש, אך כמות מסוימת של גז כבר עזבה את הבקבוק.
איך אפשר להקטין את בריחת הגז מהבקבוק?
אפשר להעביר בזהירות את המשקה לבקבוק קטן יותר, או להמשיך ולהחזיק את דפנות הבקבוק מכווצות.
האם החוק השני של התרמודינמיקה הוא חוק מוחלט?
לפי המאמר, אין זו גזירה שרירותית אלא פונקציה הסתברותית. יש סיכוי ממשי, גם אם קטן, שהריח של בושם יתרכז בפינת החדר ולא יתפזר.