Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit der Übertragung von Wärmeenergie. Dies bedeutet, dass es Wärmeaustausche anzeigt, die dazu neigen, unterschiedliche Temperaturen auszugleichen (thermisches Gleichgewicht), was spontan geschieht.
Seine Prinzipien sind:
- Wärme wird spontan vom Körper mit höherer Temperatur auf den Körper mit niedrigerer Temperatur übertragen.
- Jeder Prozess hat einen Verlust, weil seine Ausbeute immer unter 100 % liegt.
Es wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
Wo,
η: Ausbeute
QDAS: Wärmezufuhr durch Heizung
QB: nicht umgewandelte Wärme in Arbeit
Dieses Gesetz wurde aus den Studien von Sadi Carnot (1796-1832) erstellt. Ermutigt durch die industrielle Revolution untersuchte der französische Physiker die Möglichkeit, die Effizienz von Maschinen zu steigern.
Analysieren der Thermische Maschinen, stellte Carnot fest, dass sie effizienter waren, wenn eine Wärmeübertragung von der höheren Temperatur auf die niedrigere Temperatur bestand. Dies geschieht immer in dieser Reihenfolge, schließlich ist die Übertragung von Wärmeenergie ein irreversibler Vorgang.
Dies bedeutet, dass die Arbeit von der Übertragung von Wärmeenergie abhängt, da nicht alle Wärme in Arbeit umgewandelt werden kann.
Es basierte auf den Ideen von Carnot, dass Clausius und Kelvin ihre Studien auf Thermodynamik basierten.
Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik hängt mit dem Konzept von zusammen Entropie. es vervollständigt die Erster Hauptsatz der Thermodynamik, die auf dem Energieerhaltungsprinzip beruht.
Carnot-Zyklus
Damit die Energie nicht immer zunimmt (stellen wir uns eine Maschine vor), ist es notwendig, dass sie zu einem bestimmten Zeitpunkt in ihren Ausgangszustand zurückkehrt und den Prozess neu startet. Der Prozess ist somit zyklisch.
Während ein Teil bei höheren Temperaturen arbeitet, arbeitet der andere Teil bei niedrigeren Temperaturen. Dies ist nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik möglich.
Der Zyklus im Uhrzeigersinn nimmt Wärme auf. Dies ist bei Motoren der Fall. Der Zyklus gegen den Uhrzeigersinn verliert Wärme. Dies ist bei Kühlschränken der Fall.
Mehr darüber lernen Carnot-Zyklus.
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Gelöste Übungen
1. (UFAL-AL) Analysieren Sie die folgenden Aussagen:
( ) Die thermische Maschine ist ein System, das eine zyklische Transformation durchführt: Nach einer Reihe von Transformationen kehrt sie in ihren Ausgangszustand zurück.
( ) Es ist unmöglich, eine thermische Maschine zu bauen, die Wärme vollständig in Arbeit umwandelt.
( ) Wärme ist eine Energieform, die sich spontan vom Körper mit höherer Temperatur auf den Körper mit niedrigerer Temperatur überträgt.
( ) Es ist unmöglich, eine thermische Maschine zu bauen, die einen höheren Wirkungsgrad als die Carnot-Maschine hat und zwischen den gleichen Temperaturen arbeitet.
( ) Wenn ein Gas 400 J Wärme erhält und 250 J Arbeit verrichtet, erhöht sich seine innere Energie um 150 J.
Alle Aussagen sind wahr.
2. (CEFET-PR) Das 2. Prinzip der Thermodynamik kann wie folgt formuliert werden: „Es ist unmöglich, eine Maschine zu bauen thermischer Betrieb in Zyklen, dessen einziger Effekt darin besteht, einer Quelle Wärme zu entziehen und sie vollständig in Arbeit."
Dieses Prinzip führt uns zu dem Schluss, dass:
a) es ist immer möglich, thermische Maschinen zu bauen, deren Wirkungsgrad 100 % beträgt;
b) jede thermische Maschine benötigt nur eine heiße Quelle;
c) Wärme und Arbeit sind keine homogenen Größen;
d) jede Wärmekraftmaschine nimmt Wärme von einer heißen Quelle und gibt einen Teil dieser Wärme an eine kalte Quelle ab;
e) Nur mit einer Kältequelle, die immer auf 0°C gehalten wird, wäre es für eine bestimmte Wärmekraftmaschine möglich, Wärme vollständig in Arbeit umzuwandeln.
Alternative d: jede Wärmekraftmaschine nimmt Wärme von einer heißen Quelle und gibt einen Teil dieser Wärme an eine kalte Quelle ab;
3. (ENEM-MEC) Das Kühlen und Gefrieren von Lebensmitteln ist für einen erheblichen Teil des elektrischen Energieverbrauchs in einer typischen Wohnung verantwortlich.
Um die Wärmeverluste eines Kühlschranks zu reduzieren, können einige betriebliche Vorkehrungen getroffen werden:
ICH. Verteilen Sie die Speisen auf den Regalen und lassen Sie zwischen ihnen Leerräume, damit kalte Luft nach unten und warme Luft nach oben zirkulieren kann.
II. Halten Sie die Wände des Gefrierschranks mit einer sehr dicken Eisschicht, damit die Zunahme der Eismasse den Wärmeaustausch im Gefrierschrank erhöht
III. Reinigen Sie regelmäßig den Kühler („Gitter“ auf der Rückseite), damit das darauf abgelagerte Fett und der Staub die Wärmeübertragung an die Umgebung nicht beeinträchtigen.
Bei einem herkömmlichen Kühlschrank ist es richtig, nur anzugeben,
a) Operation I
b) Betrieb II.
c) Operationen I und II.
d) Operationen I und III.
e) Operationen II und III.
Alternative d: Operationen I und III.
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