החוק השני של התרמודינמיקה

החוק השני של התרמודינמיקה עוסק בהעברת אנרגיה תרמית. פירוש הדבר שהוא מציין חילופי חום הנוטים להשוות טמפרטורות שונות (שיווי משקל תרמי), המתרחש באופן ספונטני.

עקרונותיה הם:

• חום מועבר באופן ספונטני מהגוף בטמפרטורה גבוהה יותר לטמפרטורה נמוכה יותר.
• לכל תהליך יש הפסד מכיוון שתשואתו תמיד נמוכה מ -100%.

זה מתבטא בנוסחה הבאה:

איפה,

η: תשואה
ש_ה: חום המסופק על ידי חימום
ש_ב: חום לא מעובד לעבודה

חוק זה נקבע ממחקריו של סאדי קרנו (1796-1832). בעידוד המהפכה התעשייתית בחן הפיזיקאי הצרפתי את האפשרות להגביר את יעילות המכונות.

ניתוח ה מכונות תרמיות, קרנו גילה שהם יעילים יותר כאשר הייתה העברת חום מהטמפרטורה הגבוהה לטמפרטורה הנמוכה יותר. זה תמיד קורה לפי הסדר הזה, אחרי הכל העברת אנרגיה תרמית היא תהליך בלתי הפיך.

המשמעות היא שעבודה תלויה בהעברת אנרגיה תרמית, וזכור שלא ניתן להפוך את כל החום לעבודה.

זה התבסס על רעיונותיו של קרנוט, שקלאוסיוס וקלווין ביססו את מחקריהם על תרמודינמיקה.

החוק השני של התרמודינמיקה קשור למושג אנטרופיה. זה משלים את החוק הראשון של התרמודינמיקה, שמבוסס על העיקרון של שמירת אנרגיה.

מחזור קרנוט

כדי שהאנרגיה לא תמיד תגדל (בואו נדמיין במקרה של מכונה), יש צורך שברגע מסוים היא תחזור למצבה הראשוני ותתחיל מחדש את התהליך. התהליך הוא כך מחזורי.

בעוד שחלק אחד עובד בטמפרטורות גבוהות יותר, החלק השני עובד בטמפרטורות נמוכות יותר. זה אפשרי על פי החוק השני של התרמודינמיקה.

המחזור, בכיוון השעון, סופג חום. זה המקרה עם מנועים. המחזור, בכיוון נגד כיוון השעון, מאבד חום. זה המקרה עם מקררים.

ללמוד עוד על מחזור קרנוט.

קרא גם תֶרמוֹדִינָמִיקָה ו נוסחאות פיזיקה.

תרגילים נפתרו

1. (UFAL-AL) ניתוח הצעות הבאות:

() מכונה תרמית היא מערכת המבצעת טרנספורמציה מחזורית: לאחר שעברה סדרת טרנספורמציות היא חוזרת למצבה ההתחלתי.

() אי אפשר לבנות מכונה תרמית שהופכת את החום באופן מלא לעבודה.

() חום הוא סוג של אנרגיה המועברת באופן ספונטני מגוף הטמפרטורה הגבוה יותר לטמפרטורה הנמוכה יותר.

() אי אפשר לבנות מכונה תרמית בעלת יעילות גבוהה יותר ממכונת קרנו, הפועלת בין אותן טמפרטורות.

() כאשר גז מקבל חום של 400 J ומבצע עבודות של 250 J, האנרגיה הפנימית שלו עולה ב -150 J.

ראה תשובה

כל ההצעות נכונות.

2. (CEFET-PR) ניתן לומר את העיקרון השני של התרמודינמיקה כדלקמן: "אי אפשר לבנות מכונה הפעלה תרמית במחזורים, שההשפעה היחידה שלהם היא להסיר חום ממקור ולהמיר אותו לחלוטין עֲבוֹדָה."

בהרחבה, עיקרון זה מוביל אותנו למסקנה כי:

א) תמיד ניתן לבנות מכונות תרמיות שיעילותן היא 100%;

ב) כל מכונה תרמית זקוקה למקור חם בלבד;

ג) חום ועבודה אינם כמויות הומוגניות;

ד) כל מנוע חום לוקח חום ממקור חם ודוחה חלק מאותו חום למקור קר;

ה) רק עם מקור קר, השמור תמיד על 0 מעלות צלזיוס, יהיה זה אפשרי עבור מנוע חום מסוים להמיר חום לחלוטין לעבודה.

ראה תשובה

חלופה ד: כל מנוע חום לוקח חום ממקור חם ודוחה חלק מהחום הזה למקור קר;

3. (ENEM-MEC) קירור והקפאת מזון אחראים לחלק ניכר מצריכת האנרגיה החשמלית בבית טיפוסי.

כדי להפחית את ההפסדים התרמיים של מקרר, ניתן לנקוט באמצעי זהירות מבצעיים:

אני. חלקו את האוכל על המדפים והשאירו חללים ריקים ביניהם, כך שאוויר קר יכול להסתובב כלפי מטה ואוויר חם כלפי מעלה.

II. שמרו על דפנות המקפיא בשכבה עבה מאוד של קרח, כך שהעלייה במסת הקרח תגביר את חילופי החום במקפיא.

III. נקו את הרדיאטור מעת לעת ("רשת" מאחור) כך שהשומן והאבק המונח עליו לא יפחיתו את העברת החום לסביבה.

למקרר מסורתי נכון לציין רק,

א) פעולה אני
ב) פעולה II.
ג) פעולות I ו- II.
ד) פעולות I ו- III.
ה) פעולות II ו- III.

ראה תשובה

חלופה ד: פעולות I ו- III.

ראה גם: תרגילים על תרמודינמיקה