Может ли двигатель Карно, соединенный с «холодильником» Карно, создать непрерывный поток тепла между двумя резервуарами?

«Я довольно тщательно искал (используя как Google, так и Google Scholar) и не нашел обсуждения такой системы». Я полагаю, вы знаете, что установка на вашей диаграмме используется в традиционном развитии термодинамики, чтобы показать, что второй закон (версия Клаузиуса) подразумевает, что все обратимые двигатели, работающие между одними и теми же двумя температурами, имеют одинаковую эффективность и что это больше, чем для нереверсивного двигателя. См. "Тепло и термодинамика" Земанского , "Классическая термодинамика" Пиппарда , "Термодинамика Ферми" ...

Я думаю, что в такой теоретической ситуации у вас был бы непрерывный поток энергии, но что он является теоретическим в такой же чертовской степени, как вечное движение простого маятника можно было бы назвать «теоретическим». Этого не произойдет! Это происходит по ряду причин (которые, возможно, имеют такое же право называться «теоретическими», поскольку мы довольно хорошо их понимаем!)

Комбинируя два цикла, вы теоретически можете постоянно перемещать одно и то же количество Q из высокотемпературного резервуара в низкотемпературный и обратно, но это требует затрат. Общее изменение энтропии (системы плюс два резервуара) всегда будет > 0. Это означает, что каждый раз, когда вы выполняете циклы, это приводит к некоторой энергии, недоступной для выполнения работы в текущей среде.

Цикл Карно может приблизиться только к нулевому общему изменению энтропии, но никогда не может быть равен нулю. И причина этого в том, насколько малы вы поддерживаете перепады температур между рабочим телом и резервуарами при изотермических процессах и как малы вы поддерживаете перепады давления при адиабатических процессах и как медленно вы осуществляете все процессы, которые вы не можете осуществить. их ноль, потому что тогда процессы остановились бы. И пока существует неравновесие температуры и давления, будет существовать некоторая степень необратимости и, следовательно, увеличение энтропии. Цикл представляет собой идеализацию, предназначенную для установления верхнего предела эффективности реальных тепловых двигателей и холодильников.

Мы можем проиллюстрировать это, взглянув на изотермическое расширение только для цикла тепловой машины.

Позволять$TH$равна температуре рабочего тела (системы) при обратимом изотермическом расширении.

Позволять$TH + dT$равна температуре высокотемпературного резервуара (окружающей среды), чтобы обеспечить теплопередачу Q. Дифференциальная температура$dT$делается как можно меньше, чтобы приблизиться к обратимому процессу, но никогда не может фактически равняться нулю (потому что тогда не было бы теплопередачи).

Теперь давайте посмотрим на изменения энтропии:

$\Delta S (system)=+Q/TH$

$\Delta S (surroundings)=-Q/(TH + dT)$

$\Delta S (total)=+Q/TH - Q/(TH + dT) >0$для всех$dT>0$

Таким образом, единственный способ, которым полное изменение энтропии может быть равно нулю, это если$dT=0$которые препятствуют теплопередаче.

Если вы проделаете то же самое с изотермическим сжатием, вы снова получите положительное изменение общей энтропии. То же самое для адиабатических процессов. Для адиабатических процессов именно перепады давления делают процессы необратимыми. Для протекания процессов необходим некоторый конечный дифференциал.