Drugi zakon termodinamike bavi se prijenosom toplinske energije. To znači da ukazuje na izmjene topline koje teže izjednačavanju različitih temperatura (toplinska ravnoteža), što se događa spontano.
Njegova su načela:
- Toplina se spontano prenosi s tijela s višom temperaturom na tijelo s nižom temperaturom.
- Svaki postupak ima gubitak jer je njegov prinos uvijek manji od 100%.
Izražava se sljedećom formulom:
Gdje,
η: Prinos
PTHE: toplina dovedena grijanjem
PB: netransformirana toplina u rad
Ovaj je zakon utvrđen studijama Sadija Carnota (1796.-1832.). Potaknut industrijskom revolucijom, francuski je fizičar proučavao mogućnost povećanja učinkovitosti strojeva.
Analizirajući Termički strojevi, Carnot je otkrio da su oni bili učinkovitiji kada je došlo do prijenosa topline s više temperature na nižu temperaturu. To se uvijek događa tim redoslijedom, jer je prijenos toplinske energije nepovratan proces.
To znači da rad ovisi o prijenosu toplinske energije, imajući u vidu da nije moguće pretvoriti svu toplinu u rad.
Temeljili su se na Carnotovim idejama, da su Clausius i Kelvin svoje studije temeljili na termodinamici.
Drugi zakon termodinamike povezan je s pojmom entropija. dovršava Prvi zakon termodinamike, koji se temelji na načelu uštede energije.
Carnotov ciklus
Kako se energija ne bi uvijek povećavala (zamislimo u slučaju stroja), potrebno je da se ona u nekom trenutku vrati u početno stanje i ponovno pokrene postupak. Proces je dakle cikličan.
Dok jedan dio radi na višim temperaturama, drugi dio radi na nižim temperaturama. To je moguće prema Drugom zakonu termodinamike.
Ciklus, u smjeru kazaljke na satu, apsorbira toplinu. To je slučaj s motorima. Ciklus, u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, gubi toplinu. To je slučaj s hladnjacima.
Da biste saznali više o Carnotov ciklus.
Pročitajte i vi Termodinamika i Formule iz fizike.
Riješene vježbe
1. (UFAL-AL) Analizirajte sljedeće prijedloge:
() Termalni stroj je sustav koji vrši cikličku transformaciju: nakon što prođe niz transformacija, vraća se u početno stanje.
() Nemoguće je izgraditi toplinski stroj koji u potpunosti transformira toplinu u rad.
() Toplina je oblik energije koji spontano prelazi s tijela s višom temperaturom na tijelo s nižom temperaturom.
() Nemoguće je izraditi toplinski stroj koji ima veću učinkovitost od Carnotovog stroja, koji radi između istih temperatura.
() Kada plin primi 400 J topline i izvede 250 J rada, njegova se unutarnja energija povećava za 150 J.
Svi su prijedlozi istiniti.
2. (CEFET-PR) Drugo načelo termodinamike može se iznijeti na sljedeći način: „Nemoguće je izgraditi stroj termički rad u ciklusima, čiji je jedini učinak uklanjanje topline iz izvora i potpuno njegovo pretvaranje u raditi."
U nastavku, ovo nas načelo navodi na zaključak da:
a) uvijek je moguće izgraditi termičke strojeve čija je učinkovitost 100%;
b) bilo koji termalni stroj treba samo vrući izvor;
c) toplina i rad nisu homogene veličine;
d) bilo koja toplinska mašina uzima toplinu iz vrućeg izvora i odbacuje dio te topline u hladni izvor;
e) samo s izvorom hladnoće, uvijek na 0 ° C, bilo bi moguće da određeni toplinski stroj u potpunosti pretvori toplinu u rad.
Alternativa d: bilo koja toplinska mašina uzima toplinu iz vrućeg izvora i odbacuje dio te topline u hladni izvor;
3. (ENEM-MEC) Hlađenje i zamrzavanje hrane odgovorni su za značajan dio potrošnje električne energije u tipičnom prebivalištu.
Da bi se smanjili toplinski gubici hladnjaka, mogu se poduzeti neke radne mjere predostrožnosti:
Ja Rasporedite hranu na police ostavljajući prazne prostore između njih, tako da hladni zrak može cirkulirati prema dolje, a topli zrak prema gore.
II. Zidove zamrzivača držite vrlo debelim slojem leda, tako da povećanje mase leda povećava izmjenu topline u zamrzivaču
III. Povremeno čistite radijator ("rešetka" sa stražnje strane) tako da masnoća i prašina koja se na njemu odlažu ne smanjuju prijenos topline u okoliš.
Za tradicionalni hladnjak ispravno je naznačiti samo,
a) operacija I
b) operacija II.
c) operacije I i II.
d) operacije I i III.
e) operacije II i III.
Alternativa d: operacije I i III.
Vidi i ti: Vježbe iz termodinamike
