Druga zasada termodynamiki - Open AGH e

Druga zasada termodynamiki
Autorzy: Zbigniew Kąkol, Bartek Wiendlocha
Zwróćmy uwagę na to, że w trakcie pracy (cyklu) silnika cieplnego (zob. moduł Procesy odwracalne i nieodwracalne, cykl Carnota)
część pobieranego ciepła jest oddawana do zbiornika o niższej temperaturze i w konsekwencji ta ilość ciepła nie jest zamieniana
na pracę. Powstaje pytanie, czy można skonstruować urządzenie, które pobierałoby ciepło i w całości zamieniałoby je na pracę?
Moglibyśmy wtedy wykorzystać ogromne (z naszego punktu widzenia nieskończone) ilości ciepła zgromadzone w oceanach,
które byłyby stale uzupełniane poprzez promieniowanie słoneczne.
Negatywna, niestety, odpowiedź na to pytanie jest zawarta w drugiej zasadzie termodynamiki. Poniżej podane zostały
równoważne sformułowania tej zasady:
ZASADA
Zasada 1: Druga zasada termodynamiki
Niemożliwa jest przemiana, której jedynym wynikiem byłaby zamiana na pracę ciepła pobranego ze źródła mającego
wszędzie jednakową temperaturę.
Oznacza to, że nie możemy zbudować doskonałego silnika cieplnego, bo nie możemy wytwarzać pracy pobierając jedynie ciepło z
jednego zbiornika bez oddawania pewnej ilości ciepła do zbiornika zimniejszego.
ZASADA
Zasada 2: Druga zasada termodynamiki (równoważne sformułowanie)
Żadna cyklicznie pracująca maszyna nie może bez zmian w otoczeniu przenosić w sposób ciągły ciepła z jednego ciała do
drugiego o wyższej temperaturze.
Wiemy, z doświadczenia, że ciepło przepływa od ciała cieplejszego do ciała zimniejszego. Żeby zmienić ten kierunek musi zostać
wykonana praca przez czynnik zewnętrzny. Nie można więc zbudować doskonałej maszyny chłodzącej, która bez dodatkowych
efektów (wydatkowania pracy z zewnątrz) przenosiłaby w sposób ciągły ciepło z ciała zimniejszego do cieplejszego.
ZASADA
Zasada 3: Druga zasada termodynamiki (równoważne sformułowanie)
Żadna cykliczna maszyna cieplna pracująca pomiędzy temperaturami T1 i T2 nie może mieć sprawności większej niż
T1 −T2
.
T1
Oznacza to, że żadna maszyna cieplna nie może mieć sprawności większej od sprawności silnika Carnota.
INFORMACJA DODATKOWA
Informacja dodatkowa 1:
Więcej na temat limitu sprawności przeczytasz w module Sprawność silników cieplnych.
Termodynamiczna skala temperatur
Q −Q
T −T
Przypomnijmy, że sprawność silnika Carnota jest równa η = W = 1 2 = 1T 2 .
Q1
Q1
1
Wynika stąd, że
T1
T2
=
Q1
Q2
(1)
Możemy więc wyznaczyć stosunek temperatur dowolnych zbiorników ciepła mierząc ilość ciepła przenoszoną podczas jednego
cyklu Carnota. Wzór ( 1 ) stanowi definicję tak zwanej termodynamicznej skali temperatur.
Publikacja udostępniona jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa - Na tych samych warunkach 3.0 Polska. Pewne
prawa zastrzeżone na rzecz autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej. Zezwala się na dowolne wykorzystanie treści publikacji pod
warunkiem wskazania autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej jako autorów oraz podania informacji o licencji tak długo, jak tylko
na utwory zależne będzie udzielana taka sama licencja. Pełny tekst licencji dostępny na stronie
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/pl/.
Czas generacji dokumentu: 2015-06-17 11:57:21
Oryginalny dokument dostępny pod adresem: http://epodreczniki.open.agh.edu.pl/openagh-permalink.php?
link=662ac09de841113a3aff6c1519dee732
Autor: Zbigniew Kąkol, Bartek Wiendlocha