Почему тепловая машина Карно не будет отводить тепло в сток с нулевой температурой?

Ответ можно найти, рассмотрев детали того, как двигатели Карно с их идеальным газом ($PV=NkT$) рабочая жидкость, работа. Предположим, мы начинаем с конца изотермического расширения. Следующим шагом является адиабатическое расширение поршня до тех пор, пока$T_c$достигается. Когда$T_c=0$, однако, это требует$V\rightarrow \infty$. Затем мы должны изотермически сжимать газ до тех пор, пока он не окажется на желаемой адиабатической кривой. Адиабаты идеального газа подчиняются$PV^\gamma=\mathrm{constant}$, с$\gamma > 0$, поэтому все адиабаты пересекаются в$V=\infty$. Из-за этого свойства изотермическое сжатие фактически исключено из процесса. Для этого требовалось, чтобы поршень имел бесконечный объем с нулевым внешним давлением, в которое он мог бы расширяться, и способность делать это за конечное время, не позволяя внутреннему газу выйти из равновесного состояния.

С более реалистичной точки зрения, где$T_h \gg T_c>0$, это просто вопрос адиабатического расширения, удаляющего большую часть внутренней энергии рабочего тела, поэтому не так много остается отбрасывать в холодную ванну, чтобы попасть на адиабату сжатия.

Задумайтесь на мгновение о том, что это физические, а не алгебраические термины. Обратите внимание, что термин$\frac{T_L}{T_H}$это отношение между самой высокой и самой низкой температурой. Это соотношение говорит вам, насколько хорошо тепло может течь от$T_H$к$T_L$. Абсолютные температуры на самом деле не имеют значения, только их соотношение.

Так в чем же физический смысл$T_L = 0$? Это означает, что он имеет бесконечную теплоемкость. Вы можете просто продолжать сбрасывать тепло$T_H$к$T_L$потому что когда$T_L$является$0$соотношение между ними бесконечно (математически соотношение не определено, но здесь это не имеет значения).

Чем больше разница в температуре, тем больше разница в тепле, а значит больше работы, так как$W= Q_1- Q_2$. Поскольку обратимый процесс по определению является очень медленным процессом, в котором почти вся теплота преобразуется в работу, мы не можем рассматривать идею скорости теплопередачи в виде температуры. Градиент в этом

Это моя точка зрения: двигатель Карно всегда работает только между ДВУМЯ температурами. И теплообмен происходит ТОЛЬКО тогда, когда рабочая жидкость имеет ту же температуру, что и радиатор или источник. В вашем аргументе радиатор находится при нуле Кельвина. Это означает, что рабочая жидкость каким-то образом доводится до нуля по Кельвину, прежде чем она сможет обмениваться теплом с поглотителем. Поскольку температура жидкости уже равна нулю по Кельвину, обменивать нечего, поскольку энтропия системы при абсолютном нуле равна нулю.

Это связано с третьим законом, который гласит, что энтропия равна нулю при$T = 0$.

Поскольку двигатель Карно предполагает обратимый процесс, второй закон гласит, что$dQ = T\ dS$. Так что оба$T$и$dS$(по третьему закону) стремятся к нулю, поэтому резервуар с нулевой температурой не может принимать или отдавать тепло.

Обратите внимание, что КПД холодильника (двигатель работает в обратном направлении)$Q_C/W$, который стремится к нулю. Поэтому для извлечения тепла из холодных вещей требуется все больше и больше работы. Что как бы доказывает недостижимость нулевой температуры.