Druhý zákon termodynamiky se zabývá přenosem tepelné energie. To znamená, že označuje tepelné výměny, které mají tendenci vyrovnávat různé teploty (tepelná rovnováha), ke kterým dochází spontánně.
Jeho principy jsou:
- Teplo se spontánně přenáší z těla s vyšší teplotou do těla s nižší teplotou.
- Každý proces má ztrátu, protože jeho výtěžek je vždy pod 100%.
Vyjadřuje se tímto vzorcem:
Kde,
η: Výnos
QTHE: teplo dodávané topením
QB: netransformované teplo do práce
Tento zákon byl založen na studiích Sadi Carnota (1796-1832). Francouzský fyzik, povzbuzený průmyslovou revolucí, studoval možnost zvýšení efektivity strojů.
Analýza Tepelné stroje„Carnot zjistil, že jsou účinnější, když dochází k přenosu tepla z vyšší teploty na nižší teplotu. To se vždy děje v tomto pořadí, po všech je přenos tepelné energie nevratný proces.
To znamená, že práce závisí na přenosu tepelné energie, přičemž je třeba pamatovat na to, že není možné přeměnit veškeré teplo na práci.
Na základě Carnotových myšlenek založili Clausius a Kelvin své studie na termodynamice.
Druhý zákon termodynamiky souvisí s konceptem entropie. doplňuje První zákon termodynamiky, který je založen na principu úspory energie.
Carnotův cyklus
Aby se energie ne vždy zvyšovala (představme si to v případě stroje), je nutné, aby se v určitém okamžiku vrátila do původního stavu a restartovala proces. Proces je tedy cyklický.
Zatímco jedna část pracuje při vyšších teplotách, druhá část pracuje při nižších teplotách. To je možné podle druhého termodynamického zákona.
Cyklus ve směru hodinových ručiček absorbuje teplo. To je případ motorů. Cyklus ve směru proti směru hodinových ručiček ztrácí teplo. To je případ chladniček.
Chcete-li se dozvědět více o Carnotův cyklus.
Přečtěte si také Termodynamika a Fyzikální vzorce.
Vyřešená cvičení
1. (UFAL-AL) Analyzujte následující návrhy:
() Thermal machine je systém, který provádí cyklickou transformaci: po provedení řady transformací se vrátí do původního stavu.
() Je nemožné postavit tepelný motor, který plně převádí teplo na práci.
() Teplo je forma energie, která se spontánně přenáší z těla s vyšší teplotou na tělo s nižší teplotou.
() Je nemožné postavit tepelný stroj, který má vyšší účinnost než Carnotův stroj, pracující při stejných teplotách.
() Když plyn přijme 400 J tepla a provede 250 J práci, jeho vnitřní energie se zvýší o 150 J.
Všechny návrhy jsou pravdivé.
2. (CEFET-PR) Druhý princip termodynamiky lze konstatovat takto: „Je nemožné postavit stroj tepelná činnost v cyklech, jejímž jediným účinkem je odstranění tepla ze zdroje a jeho úplné převedení na práce."
Tento princip nás v širším smyslu vede k závěru, že:
a) je vždy možné postavit tepelné stroje, jejichž účinnost je 100%;
b) jakýkoli tepelný stroj potřebuje pouze horký zdroj;
c) teplo a práce nejsou homogenní množství;
d) jakýkoli tepelný motor odebírá teplo z horkého zdroje a odmítá část tohoto tepla do studeného zdroje;
e) pouze u studeného zdroje, vždy udržovaného na 0 ° C, by bylo možné, aby určitý tepelný motor zcela přeměnil teplo na práci.
Alternativa d: jakýkoli tepelný motor odebírá teplo z horkého zdroje a odmítá část tohoto tepla do studeného zdroje;
3. (ENEM-MEC) Chlazení a zmrazování potravin je odpovědné za významnou část spotřeby elektrické energie v typické rezidenci.
Ke snížení tepelných ztrát chladničky je možné přijmout některá provozní opatření:
I. Rozložte jídlo na police a nechejte mezi nimi prázdné mezery, aby mohl studený vzduch cirkulovat dolů a teplý vzduch nahoru.
II. Stěny mrazničky udržujte velmi silnou vrstvou ledu, aby nárůst množství ledu zvyšoval výměnu tepla v mrazáku
III. Pravidelně čistěte radiátor („mřížka“ vzadu), aby mastnota a prach na něm usazené nesnižovaly přenos tepla do okolí.
U tradiční chladničky je správné označovat pouze
a) operace I
b) provoz II.
c) operace I a II.
d) operace I a III.
e) operace II a III.
Alternativa d: operace I a III.
Podívejte se taky: Cvičení z termodynamiky
