Как действует 2nd2nd2^\mathrm{nd} закон термодинамики?

Например, если у нас есть бесконечный цилиндр с поршнем, имеющим адиабатически изогнутые стенки и диатермическое основание. Теперь принесите основание в контакт с телом с более высокой температурой и дайте цилиндру поглотить немного тепла. После этого покрываем основу адиабатным материалом. Затем мы позволяем газу бесконечно расширяться, тем самым превращая почти всю его энергию в работу за счет механического движения поршня. Я не понимаю, почему мы должны отдавать тепло телу с более низкой температурой. Мы можем иметь столько эффективности, сколько захотим, позволяя газу расширяться вечно.

Я хотел спросить еще об одном. В моей книге при объяснении КПД двигателя Карно есть график между температурой и энтропией. Кривая циклическая и имеет прямоугольную форму. Там написано, что двигатель проходит через четыре состояния а ,   б ,   с ,   г соответствующий точкам ( Т 1 , С 1 ) , ( Т 1 , С 2 ) , ( Т 2 , С 2 ) и ( Т 2 , С 1 ) . Итак, энтропия возрастает при переходе от а к б но уменьшается от с к г . Но в той же книге было написано, что как только энтропия создана, Вселенная должна нести ее бремя навсегда, иначе говоря, ее нельзя уничтожить. Я думаю, это означает, что энтропию нельзя уменьшить. Тогда на что она уменьшилась с к г ? И почему энтропию нельзя уменьшить. Например, энтропия электронов, движущихся случайным образом, велика, но когда мы прикладываем электрическое поле, электроны начинают систематическое движение, и, следовательно, случайность уменьшается. Тогда разве энтропия не уничтожена?

Предлагаемый вами процесс не является циклом, поэтому использование форм 2-го закона, относящихся к тепловым двигателям (возможно, версии Карно), не имеет смысла. Постройте цикл или используйте другую форму второго закона.
«Например, если у нас есть бесконечный цилиндр…» . Сферическая Корова прерывает и говорит: «Неееет... мы не имеем дело с бесконечными объектами». Хорошо бы... но это в вакууме. Интересный вопрос: если вы пытаетесь заговорить, но нет воздуха для передачи звука, значит, вы заговорили? (Версия «Если дерево упадет...» )

Ответы (3)

Вы делаете распространенное неправильное представление о втором законе.

Утверждение Кельвина Второго закона говорит о невозможности процесса, единственным следствием которого является преобразование теплоты в работу. Термин «единственный эффект» означает, что система должна вернуться в исходное состояние, то есть процесс должен быть циклическим. В вашем примере это не так.

Энтропия не убывает для изолированных систем . Когда вы строите эти диаграммы для тепловой машины, вы имеете дело с неизолированной системой. Двигатель (система) находится в тепловом контакте с источниками (окружающей средой). Если рассматривать движок плюс источники как свою систему, то энтропия никогда не убывает.

Означает ли это, что мы можем извлекать тепло из высокотемпературного тела и превращать все это в работу, если нам не нужно возвращать систему в исходное состояние? Тогда почему корабли не могут приводиться в движение, извлекая тепло из океана и преобразовывая все это в работу, выполняемую кораблем, без использования топлива?
@Dove, Да, можно интегрально преобразовать тепло в работу, однако двигатели корабля работают циклично. Поэтому второй закон запрещает им превращать всю теплоту в работу.
Голубь, бывает большое количество «низкопотенциальной» жары, как в море, так и в таких районах, как пустыни и даже от автомобильных дорог. Одна большая проблема заключается в том, что обычно мы тратим гораздо больше энергии на сбор всего этого бесплатного тепла по сравнению с полезной работой, которую оно выполняет. Поэтому мы концентрируемся, скажем, на строительстве дамб, поскольку реки и озера сделали за нас всю работу по сбору.
Всегда ли двигатели должны работать в циклах? Если бы у нас каким-то образом был бесконечный цилиндр в океане, снабженный поршнем. И если бы мы использовали этот поршень для перемещения корабля из одного места в другое за счет отвода тепла от моря, то разве второй закон не накладывал бы никаких ограничений на такое устройство?
@Dove У вас определенно может быть корабль с нециклическим двигателем, который вы предлагаете. Это было бы настолько большим, что это было бы осуществимо.
@Dove «двигатели всегда должны работать циклично?». Дайте определение «двигатель». Ракета точно не работает по циклу. Некоторые двигатели работают по «замкнутому циклу». Некоторые работают в «открытых циклах». А некоторые вообще не работают циклами.

Затем мы позволяем газу бесконечно расширяться, тем самым превращая почти всю его энергию в работу за счет механического движения поршня.

Газ не может расширяться вечно, это не имеет смысла, к сожалению. (Даже без примера с двигателем Карно). Обратный ход поршня сжимает его, направляя к холодному резервуару.

как только энтропия создана, Вселенная должна вечно нести ее бремя, иначе говоря, она не может быть уничтожена. Я думаю, это означает, что энтропию нельзя уменьшить. Тогда, что уменьшилось от cc до dd?

На пути от c к d энтропия и энергия передавались холодному резервуару, сохраняя энтропию рабочего тела как можно более низкой, ценой потери части энергии, которая затем возвращается рабочему телу из горячего резервуара.

В конце концов, машина перестанет работать, так как оба резервуара будут находиться в тепловом равновесии.

Если на поршень нет внешнего давления, то газ должен расширяться вечно, потому что всегда существует ненулевое давление, определяемое уравнением P = ф р а с н р Т , В и, следовательно, ненулевая направленная вверх сила, действующая на поршень.
Но вечность немного экстремальна, как во времени, так и в пространстве. Во всяком случае, я знаю, что вы имеете в виду. Я думаю, вы задали хороший вопрос, так как другие люди, вероятно, хотят, чтобы с этим разобрались. +1
В предлагаемом им процессе нет никаких проблем, кроме состояний в терминах PhysicLand. Он просто не может использовать версию второго закона, основанную на цикле, не имея цикла.
@dmckee точка зрения принята, спасибо, это отвлекло от вопроса. Прости Голубь.

Например, энтропия электронов, движущихся случайным образом, велика, но когда мы прикладываем электрическое поле, электроны начинают систематическое движение, и, следовательно, случайность уменьшается. Тогда разве энтропия не уничтожена?

Я думаю, что у вас есть неправильная картина здесь.

Если электроны не взаимодействуют, их начальная скорость распределяется случайным образом в 0 будет развиваться как в 0 + д Е т , которое имеет те же статистические свойства, что и начальное распределение, потому что в 0 как-то сохраняется. Беспорядок не меняется, энтропия постоянна, что соответствует полю, дающему распределению только работу (но не теплоту).

Если вы хотите избавиться от в 0 , электроны должны взаимодействовать вместе или с окружающей решеткой. В этом случае энергия, обеспечиваемая полем, будет перераспределяться, что приведет к увеличению беспорядка и энтропии - обычно частицы будут достигать теплового состояния с более высокой температурой.

Как действует 2nd2nd2^\mathrm{nd} закон термодинамики?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v