Преобразование тепла в механическую энергию

Может ли объект преобразовывать тепло окружающего воздуха в механическую энергию, чтобы ускориться?

Другими словами, корабль будет всасывать окружающий воздух, состоящий из молекул с случайной скоростью, а затем выбрасывать газ обратно в более едином направлении, чтобы он ускорялся в противоположном направлении.

Это будет использовать только это в качестве источника энергии. Так, например, реактивные двигатели не будут работать, потому что они используют внутреннее топливо в дополнение к внешнему воздуху. Кроме того, я действительно просто заинтересован в динамике жидкости в виду. Так что не собирайте молекулы воздуха, а затем сливайте ядра вместе или что-то в этом роде.

Возможна ли такая поделка? Или какой-то принцип мешает. Например, может быть, сопротивление, вызванное сбором газа, всегда компенсирует силу, вызванную его выбросом, или что-то в этом роде, я не знаю.

Пожалуйста, дайте мне знать, если я должен сформулировать вопрос более четко.

Релевантный поисковый запрос: «вечный двигатель второго рода».
«Другими словами, корабль будет всасывать окружающий воздух, состоящий из молекул с произвольной скоростью, а затем выбрасывать газ обратно в более едином направлении, чтобы он ускорялся в противоположном направлении». Это не использование тепла из воздуха, как вы изначально заявили. Это каким-то образом использует внутреннюю (кинетическую энергию) воздуха, поступающего в объект, и использует его для приведения объекта в движение. Вам нужно точно указать, как это будет выполнено. Смотрите обновление к моему ответу ниже.
Двигатели Стирлинга?

Ответы (3)

Может ли объект преобразовывать тепло окружающего воздуха в механическую энергию, чтобы ускориться?

Только если в двигателе имеется тепловой резервуар с более низкой температурой, чем окружающий воздух (да и то в течение ограниченного периода времени). Например, он может содержать резервуар с холодной жидкостью с низкой температурой кипения, использовать атмосферное тепло для кипячения этой жидкости и использовать расширяющийся пар для перемещения поршней, ведущих колес и т. д. (в основном низкотемпературный паровой двигатель).

Без низкотемпературного теплового резервуара это нарушило бы второй закон термодинамики. В частности, это противоречило бы формулировке второго закона Кельвина-Планка, которая гласит:

Невозможно придумать циклически работающую тепловую машину, действие которой состоит в том, чтобы поглощать энергию в виде тепла из одного теплового резервуара и совершать эквивалентное количество работы.

«Только если в двигателе имеется тепловой резервуар с более низкой температурой, чем окружающий воздух». Для обратимого изотермического процесса расширения температура рабочего тела теплового двигателя в пределе равнялась бы температуре воздуха.
Там ничего не говорит, что это должна быть эквивалентная сумма, не так ли? Я думаю, что аспект резервуара является ключевым. В другом ответе есть выражение kp: «Никакая тепловая машина не может работать в цикле, передавая тепло с помощью одного резервуара». Является ли это отдельное выражение правильным, если оно усечено таким образом?
@AlBrown Если все имеет одинаковую температуру, то за счет сохранения энергии чистое количество извлеченного тепла должно быть преобразовано в работу, т.е. Δ Вт "=" Δ Вопрос . Больше энергии девать некуда. Таким образом, тепловая машина должна иметь только один резервуар. 100 % эффективным, что, согласно второму закону, невозможно.

Может ли объект преобразовывать тепло окружающего воздуха в механическую энергию, чтобы ускориться?

Да, объект (тепловая машина) теоретически может полностью преобразовать тепло в механическую энергию в процессе . Примером может служить обратимый процесс изотермического расширения в цикле Карно.

Но тепловой двигатель не может полностью преобразовать тепло в механическую энергию, работая в цикле . Это нарушило бы следующее утверждение второго закона Кельвина-Планка (выделено мной жирным шрифтом):

Ни одна тепловая машина не может работать в цикле , передавая тепло с помощью одного резервуара.

Для выполнения второго закона часть тепла, взятого из воздуха, должна быть отдана в более низкотемпературную среду. Максимально возможная эффективность цикла соответствует циклу Карно.

Другими словами, корабль будет всасывать окружающий воздух, состоящий из молекул с случайной скоростью, а затем выбрасывать газ обратно в более едином направлении, чтобы он ускорялся в противоположном направлении.

То, что вы описываете здесь, не является преобразованием тепла в механическую энергию, как вы изначально заявили в первом предложении. Тепло будет передаваться энергии от воздуха к объекту из-за разницы температур. То, что вы описываете, - это передача массы (воздуха) объекту, и объект каким-то образом берет внутреннюю кинетическую энергию молекул воздуха и использует ее для движения объекта. Проблема в том, что вы не описали механизм для этого и должны это сделать.

Надеюсь это поможет.

Но почему это должно быть «целиком»? Что-то должно мешать ему производить какую-либо энергию на любой постоянной основе.
@ Эл Браун не уверен, что вы подразумеваете под «почему это должно быть« полностью »хотя». При обратимом изотермическом расширении процесс прекращается, когда внешнее давление становится равным давлению воздуха.

То, что вы описали, является вариацией демона Максвелла, предложенной физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1867 году. Цитата из Википедии :

В мысленном эксперименте демон управляет небольшой невесомой дверью между двумя газовыми камерами. Когда отдельные молекулы газа (или атомы) приближаются к двери, демон быстро открывает и закрывает дверь, пропуская только быстро движущиеся молекулы в одном направлении и только медленно движущиеся в другом. Поскольку кинетическая температура газа зависит от скоростей составляющих его молекул, действия демона заставляют одну камеру нагреваться, а другую охлаждать. Это уменьшит общую энтропию двух газов без приложения какой-либо работы, тем самым нарушив второй закон термодинамики.

В вашем случае, если бы это было возможно, разница температур между двумя камерами могла бы привести в действие тепловую машину и, скажем, пропеллер. В цитируемой статье в Википедии также упоминается статья 2006 года, описывающая использование лазера для сортировки молекул:

процесс требует больше энергии от лазерных лучей, чем может быть получено за счет генерируемой разности температур.

так что законы термодинамики не нарушаются.