De tweede wet van de thermodynamica gaat over de overdracht van thermische energie. Dit betekent dat het warmte-uitwisselingen aangeeft die de neiging hebben om verschillende temperaturen gelijk te maken (thermisch evenwicht), wat spontaan gebeurt.
De principes zijn:
- Warmte wordt spontaan overgedragen van het lichaam met de hogere temperatuur naar het lichaam met de lagere temperatuur.
- Elk proces heeft een verlies omdat het rendement altijd minder dan 100% is.
Het wordt uitgedrukt door de volgende formule:
Waar,
η: Opbrengst
VraagDE: warmte geleverd door verwarming
VraagB: niet-getransformeerde warmte in werk
Deze wet is tot stand gekomen uit de studies van Sadi Carnot (1796-1832). Aangemoedigd door de industriële revolutie bestudeerde de Franse natuurkundige de mogelijkheid om de efficiëntie van machines te verhogen.
Analyseren van de Thermische machines, ontdekte Carnot dat ze efficiënter waren wanneer er warmteoverdracht was van de hogere temperatuur naar de lagere temperatuur. Dit gebeurt altijd in die volgorde, de overdracht van thermische energie is immers een onomkeerbaar proces.
Dit betekent dat werk afhankelijk is van de overdracht van thermische energie, waarbij bedacht moet worden dat het niet mogelijk is om alle warmte om te zetten in werk.
Het was gebaseerd op de ideeën van Carnot, dat Clausius en Kelvin hun studies baseerden op thermodynamica.
De tweede wet van de thermodynamica is gerelateerd aan het concept van: entropie. het voltooit de Eerste wet van de thermodynamica, die is gebaseerd op het principe van energiebesparing.
Carnot-cyclus
Om ervoor te zorgen dat de energie niet altijd toeneemt (laten we ons voorstellen in het geval van een machine), is het noodzakelijk dat deze op een gegeven moment terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat en het proces opnieuw start. Het proces is dus cyclisch.
Terwijl het ene deel werkt bij hogere temperaturen, werkt het andere deel bij lagere temperaturen. Dit is mogelijk volgens de tweede wet van de thermodynamica.
De cyclus, met de klok mee, absorbeert warmte. Dit is het geval bij motoren. De cyclus, tegen de klok in, verliest warmte. Dit is het geval bij koelkasten.
Om meer te weten te komen over Carnot-cyclus.
Lees ook Thermodynamica en Fysische formules.
Opgelost Oefeningen
1. (UFAL-AL) Analyseer de volgende stellingen:
( ) Thermische machine is een systeem dat cyclische transformatie uitvoert: na een reeks transformaties te hebben ondergaan, keert het terug naar zijn oorspronkelijke staat.
( ) Het is onmogelijk om een warmtemotor te bouwen die warmte volledig omzet in arbeid.
( ) Warmte is een vorm van energie die spontaan overgaat van het lichaam met een hogere temperatuur naar het lichaam met een lagere temperatuur.
( ) Het is onmogelijk om een thermische machine te bouwen die een hoger rendement heeft dan de Carnot-machine, die tussen dezelfde temperaturen werkt.
( ) Wanneer een gas 400 J warmte ontvangt en 250 J arbeid verricht, neemt zijn interne energie toe met 150 J.
Alle stellingen zijn waar.
2. (CEFET-PR) Het 2e principe van de thermodynamica kan als volgt worden verwoord: “Het is onmogelijk om een machine te bouwen thermische werking in cycli, waarvan het enige effect is om warmte uit een bron te verwijderen en deze volledig om te zetten in werk."
Bij uitbreiding leidt dit principe ons tot de conclusie dat:
a) het is altijd mogelijk om thermische machines te bouwen met een rendement van 100%;
b) elke thermische machine heeft alleen een warme bron nodig;
c) warmte en arbeid zijn geen homogene grootheden;
d) een warmtemotor haalt warmte uit een hete bron en voert een deel van die warmte af aan een koude bron;
e) alleen met een koude bron, altijd op 0°C gehouden, zou een bepaalde warmtemotor warmte volledig in arbeid kunnen omzetten.
Alternatief d: elke warmtemotor haalt warmte uit een hete bron en geeft een deel van die warmte af aan een koude bron;
3. (ENEM-MEC) Het koelen en invriezen van voedsel is verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het elektriciteitsverbruik in een typische woning.
Om de thermische verliezen van een koelkast te verminderen, kunnen enkele operationele voorzorgsmaatregelen worden genomen:
IK. Verdeel het voedsel op de planken en laat lege ruimtes ertussen, zodat koude lucht naar beneden kan circuleren en warme lucht naar boven.
II. Houd de wanden van de vriezer met een zeer dikke laag ijs, zodat de toename van de ijsmassa de warmte-uitwisseling in de vriezer verhoogt
III. Maak de radiateur regelmatig schoon (“rooster” aan de achterkant) zodat het vet en stof dat erop is afgezet de warmteoverdracht naar de omgeving niet vermindert.
Voor een traditionele koelkast is het juist om alleen aan te geven:
a) operatie I
b) operatie II.
c) operaties I en II.
d) operaties I en III.
e) operaties II en III.
Alternatief d: operaties I en III.
Zie ook: Oefeningen over thermodynamica
