Druga zasada termodynamiki dotyczy przekazywania energii cieplnej. Oznacza to, że wskazuje na wymianę ciepła, która ma tendencję do wyrównywania różnych temperatur (równowagi termicznej), co następuje samoistnie.
Jej zasady to:
- Ciepło jest przenoszone samoistnie z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze.
- Każdy proces ma stratę, ponieważ jego wydajność jest zawsze mniejsza niż 100%.
Wyraża się to wzorem:
Gdzie,
η: Wydajność
QTEN: ciepło dostarczane przez ogrzewanie
Qb: nieprzekształcone ciepło w pracę
Prawo to zostało ustanowione na podstawie badań Sadi Carnot (1796-1832). Zachęcony rewolucją przemysłową francuski fizyk badał możliwość zwiększenia wydajności maszyn.
Analizując Maszyny termiczneCarnot stwierdził, że były one bardziej wydajne, gdy zachodziło przenoszenie ciepła z wyższej temperatury do niższej temperatury. Dzieje się to zawsze w tej kolejności, przecież przekazywanie energii cieplnej jest procesem nieodwracalnym.
Oznacza to, że praca polega na przekazywaniu energii cieplnej, pamiętając, że nie jest możliwe przekształcenie całego ciepła w pracę.
Opierał się na pomysłach Carnota, że Clausius i Kelvin oparli swoje badania na termodynamice.
Druga zasada termodynamiki związana jest z pojęciem entropia. to dopełnia Pierwsza zasada termodynamiki, który opiera się na zasadzie oszczędzania energii.
Cykl Carnota
Aby energia nie zawsze wzrastała (wyobraźmy sobie w przypadku maszyny), konieczne jest, aby w pewnym momencie powróciła do stanu początkowego i ponownie uruchomiła proces. Proces jest zatem cykliczny.
Podczas gdy jedna część działa w wyższych temperaturach, druga część działa w niższych temperaturach. Jest to możliwe zgodnie z Drugą Zasadą Termodynamiki.
Cykl, w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, pochłania ciepło. Tak jest w przypadku silników. Cykl, w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, traci ciepło. Tak jest w przypadku lodówek.
Nauczyć się więcej o Cykl Carnota.
Przeczytaj też Termodynamika i Wzory fizyki.
Rozwiązane ćwiczenia
1. (UFAL-AL) Przeanalizuj następujące propozycje:
( ) Maszyna cieplna to układ, który dokonuje transformacji cyklicznej: po przejściu serii transformacji powraca do stanu początkowego.
( ) Nie da się zbudować silnika cieplnego, który w pełni zamienia ciepło w pracę.
( ) Ciepło jest formą energii, która spontanicznie przenosi się z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze.
( ) Niemożliwe jest zbudowanie maszyny termicznej, która ma wyższą wydajność niż maszyna Carnota, pracująca w tych samych temperaturach.
( ) Gdy gaz otrzymuje 400 J ciepła i wykonuje pracę 250 J, jego energia wewnętrzna wzrasta o 150 J.
Wszystkie propozycje są prawdziwe.
2. (CEFET-PR) Drugą zasadę termodynamiki można sformułować następująco: „Nie da się zbudować maszyny praca termiczna w cyklach, której jedynym efektem jest odprowadzenie ciepła ze źródła i pełne przekształcenie go w praca."
Co za tym idzie zasada ta prowadzi nas do wniosku, że:
a) zawsze można zbudować maszyny cieplne o wydajności 100%;
b) każda maszyna cieplna potrzebuje tylko gorącego źródła;
c) ciepło i praca nie są ilościami jednorodnymi;
d) każdy silnik cieplny pobiera ciepło z gorącego źródła i odrzuca część tego ciepła do zimnego źródła;
e) tylko przy zimnym źródle, zawsze utrzymywanym w temperaturze 0°C, pewien silnik cieplny mógłby całkowicie zamienić ciepło w pracę.
Alternatywa d: każdy silnik cieplny pobiera ciepło z gorącego źródła i odrzuca część tego ciepła do zimnego źródła;
3. (ENEM-MEC) Chłodzenie i zamrażanie żywności odpowiada za znaczną część zużycia energii elektrycznej w typowym mieszkaniu.
Aby zmniejszyć straty cieplne lodówki, można podjąć pewne operacyjne środki ostrożności:
JA. Rozłóż żywność na półkach, pozostawiając między nimi puste przestrzenie, aby zimne powietrze mogło krążyć w dół, a ciepłe w górę.
II. Utrzymuj ściany zamrażarki bardzo grubą warstwą lodu, aby wzrost masy lodu zwiększał wymianę ciepła w zamrażarce
III. Okresowo czyścić chłodnicę („kratkę” z tyłu), aby osadzony na niej tłuszcz i kurz nie ograniczał przekazywania ciepła do otoczenia.
W przypadku tradycyjnej lodówki prawidłowe jest wskazanie tylko,
a) operacja I
b) operacja II.
c) operacje I i II.
d) operacje I i III.
e) operacje II i III.
Alternatywa d: operacje I i III.
Zobacz też: Ćwiczenia z termodynamiki
