Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής ασχολείται με τη μεταφορά θερμικής ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι δείχνει ανταλλαγές θερμότητας που τείνουν να εξισώσουν διαφορετικές θερμοκρασίες (θερμική ισορροπία), η οποία συμβαίνει αυθόρμητα.
Οι αρχές του είναι:
- Η θερμότητα μεταφέρεται αυθόρμητα από το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας στο σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας.
- Κάθε διαδικασία έχει απώλεια επειδή η απόδοσή της είναι πάντα μικρότερη από 100%.
Εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο:
Οπου,
η: Απόδοση
ΕρΟ: θερμότητα που παρέχεται με θέρμανση
Ερσι: μη μετασχηματισμένη θερμότητα στην εργασία
Ο νόμος αυτός θεσπίστηκε από τις μελέτες του Σαρν Κάρνοτ (1796-1832). Ενθαρρυνμένος από τη Βιομηχανική Επανάσταση, ο Γάλλος φυσικός μελέτησε τη δυνατότητα αύξησης της αποτελεσματικότητας των μηχανών.
Αναλύοντας το Θερμικές μηχανέςΟ Carnot διαπίστωσε ότι ήταν πιο αποτελεσματικοί όταν υπήρχε μεταφορά θερμότητας από την υψηλότερη θερμοκρασία στην χαμηλότερη θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει πάντα με αυτή τη σειρά, αφού η μεταφορά θερμικής ενέργειας είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία.
Αυτό σημαίνει ότι η εργασία εξαρτάται από τη μεταφορά θερμικής ενέργειας, υπενθυμίζοντας ότι δεν είναι δυνατή η μετατροπή όλης της θερμότητας σε εργασία.
Βασίστηκε στις ιδέες του Carnot, ότι οι Clausius και Kelvin βασίστηκαν τις σπουδές τους στη Θερμοδυναμική.
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής σχετίζεται με την έννοια του εντροπία. ολοκληρώνει το Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής, η οποία βασίζεται στην αρχή της εξοικονόμησης ενέργειας.
Κύκλος Carnot
Για να μην αυξάνεται πάντα η ενέργεια (ας φανταστούμε στην περίπτωση ενός μηχανήματος), είναι απαραίτητο σε μια συγκεκριμένη στιγμή να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση και να επανεκκινήσει τη διαδικασία. Η διαδικασία είναι επομένως κυκλική.
Ενώ το ένα μέρος λειτουργεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες, το άλλο μέρος λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Αυτό είναι δυνατό σύμφωνα με τον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής.
Ο κύκλος, σε δεξιόστροφη κατεύθυνση, απορροφά θερμότητα. Αυτό ισχύει για τους κινητήρες. Ο κύκλος, αριστερόστροφα, χάνει θερμότητα. Αυτό ισχύει για τα ψυγεία.
Για να μάθετε περισσότερα για Κύκλος Carnot.
Διαβάστε επίσης Θερμοδυναμική και Τύποι φυσικής.
Λύσεις ασκήσεις
1. (UFAL-AL) Αναλύστε τις ακόλουθες προτάσεις:
() Η θερμική μηχανή είναι ένα σύστημα που εκτελεί κυκλικό μετασχηματισμό: αφού υποστεί μια σειρά μετασχηματισμών, επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.
() Είναι αδύνατο να κατασκευαστεί ένας κινητήρας θερμότητας που μετατρέπει πλήρως τη θερμότητα σε εργασία.
() Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας που μεταφέρεται αυθόρμητα από το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας στο χαμηλότερο.
() Είναι αδύνατο να κατασκευαστεί ένα θερμικό μηχάνημα με υψηλότερη απόδοση από το Carnot Machine, που λειτουργεί μεταξύ των ίδιων θερμοκρασιών.
() Όταν ένα αέριο δέχεται 400 J θερμότητας και εκτελεί εργασία 250 J, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται κατά 150 J.
Όλες οι προτάσεις είναι αληθείς.
2. (CEFET-PR) Η 2η αρχή της θερμοδυναμικής μπορεί να δηλωθεί ως εξής: «Είναι αδύνατο να κατασκευαστεί μια μηχανή θερμική λειτουργία σε κύκλους, το μόνο αποτέλεσμα της οποίας είναι η απομάκρυνση της θερμότητας από μια πηγή και η μετατροπή της πλήρως σε εργασία."
Κατ 'επέκταση, αυτή η αρχή μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι:
α) είναι πάντοτε δυνατή η κατασκευή θερμικών μηχανών των οποίων η απόδοση είναι 100% ·
β) οποιαδήποτε θερμική μηχανή χρειάζεται μόνο μια καυτή πηγή ·
γ) η θερμότητα και η εργασία δεν είναι ομοιογενείς ποσότητες ·
δ) οποιοσδήποτε κινητήρας θερμότητας λαμβάνει θερμότητα από μια καυτή πηγή και απορρίπτει μέρος αυτής της θερμότητας σε μια κρύα πηγή ·
ε) μόνο με ψυχρή πηγή, διατηρούμενη πάντα στους 0 ° C, θα ήταν δυνατό για μια συγκεκριμένη μηχανή θερμότητας να μετατρέψει τη θερμότητα εντελώς σε εργασία.
Εναλλακτική λύση d: οποιοσδήποτε κινητήρας θερμότητας λαμβάνει θερμότητα από μια καυτή πηγή και απορρίπτει μέρος αυτής της θερμότητας σε μια κρύα πηγή.
3. (ENEM-MEC) Η ψύξη και η κατάψυξη των τροφίμων είναι υπεύθυνα για ένα σημαντικό μέρος της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας σε μια τυπική κατοικία.
Για τη μείωση των θερμικών απωλειών ενός ψυγείου, μπορούν να ληφθούν ορισμένες λειτουργικές προφυλάξεις:
ΕΓΩ. Διανείμετε το φαγητό στα ράφια αφήνοντας κενά μεταξύ τους, έτσι ώστε ο κρύος αέρας να μπορεί να κυκλοφορεί προς τα κάτω και να ζεσταίνει τον αέρα προς τα πάνω.
ΙΙ. Διατηρήστε τα τοιχώματα του καταψύκτη με ένα πολύ παχύ στρώμα πάγου, έτσι ώστε η αύξηση της μάζας πάγου αυξάνει την ανταλλαγή θερμότητας στον καταψύκτη
III. Καθαρίζετε περιοδικά το ψυγείο («πλέγμα» στο πίσω μέρος) έτσι ώστε το λίπος και η σκόνη που αποτίθενται πάνω του να μην μειώσουν τη μεταφορά θερμότητας στο περιβάλλον.
Για ένα παραδοσιακό ψυγείο, είναι σωστό να αναφέρεται μόνο,
α) λειτουργία Ι
β) λειτουργία II.
γ) πράξεις I και II.
δ) πράξεις I και III.
ε) πράξεις II και III.
Εναλλακτική λύση d: πράξεις I και III.
Δείτε επίσης: Ασκήσεις Θερμοδυναμικής
