Termodynamik: hypotetisk maskin som omvandlar värme till arbete så länge den befinner sig i >0 K
Hej, har denna maskin något namn? Jag tänker att så länge luften inte är noll kelvin så finns det energi att ta upp, så då kanske det finns en tänkt maskin som suger energi tills dess omgivning är noll kelvin?
Det skulle för övrigt vara en väldigt bra air conditioner i varma sommartider.
”Evighetsmaskin av andra ordningen”?
Öh... ja det verkar vara det jag menade. Tråkigt att det inte finns då. Men vadå, vad är skillnaden mellan en sån båt och en värme maskin?
En värmemaskin uträttar arbete genom att ta en del av energin i ett värmeflöde. I det där exemplet med båten verkar det inte finnas något värmeflöde utan det verkar snarare som att man suger energi från något så att det blir kallare.
Jaha... men exploderande bensin i förbränningsmotorer då? Motorn avger värmen till omgivningen. I fallet med en omöjliga båten sker värmeöverföringen från vatten till motorn? Det låter som att båda är värmeöverföringar
I en förbränningsmotor värms gasen i cylindern upp så att kolven trycks ut och därmed utför arbete. När gasen expanderar i cylindern kyls den av och en del av denna energi går åt till att utföra arbete. Merparten blir till spillenergi som tas upp av motorn och följer med avgaserna. Det är en ganska ineffektiv process men bränsle är billigt så det är ändå lönsamt. Rent tekniskt är det rimligare att utföra arbete med en elmotor eftersom den har mycket högre verkningsgrad.
I fallet med båten finns det ju inget värmeflöde. I förbränningsmotorn finns ett värmeflöde från cylindern till omgivningen. Det vore lite som att bränslet skulle antändas och sedan tar man all frigjord energi till arbetet utan att värme avges till omgivningen. Det bryter mot andra huvudsatsen.
Det ska alltså finnas två värmeöverföringar? I motorn är det från explosionen till gasen i cylindern (lite konstigt att säga så när själva antändningen sker i cylindern, men ja) och sedan från cylindern till omgivningen. I båten är det alltså från vattnet till den tänkta motorn, men sedan ingen andra överföring?
Isåfall, desto mindre energi den andra överföringen överför, desto mer kan tas tillvara på och bli arbete? Man kan tex lägga en termos kring förbränningsmotorn (omdet inte hade inneburit att den skulle smälta sönder)?
Det finns ingen värmeöverföring hos båten, det finns en energiöverföring. Vattnets temperatur sjunker och på något magiskt sätt blir detta till arbete i motorn. Det finns inget värmeflöde eftersom det inte finns något som värms upp.
I förbränningsmotorn är det bara ett värmeflöde. Man räknar inte in den kemiska reaktionen som ett värmeflöde eftersom systemet är gasen i cylindern. Vid antändning sker en energiomvandling i systemet där kemiskt lagrad energi höjer temperaturen hos gasen. Allt detta kan ske utan värmeutbyte med det som omger gasen. När gasen sedan expanderar utför den arbete i en adiabatisk process och då måste temperaturen sjunka lite grann hos gasen för att första huvudsatsen ska vara uppfylld. Men gasen är fortfarande varmare än innan antändningen. De varma gaserna trycks nu ut ur cylindern och därmed trycker man också ut värme till omgivningen, dvs där uppstår värmeflödet.
Teraeagle skrev:Det finns ingen värmeöverföring hos båten, det finns en energiöverföring.
Du menar alltså den som gör värme-->arbete? Alltså bara 1?
Ett sånt här diagram ritade min lärare (och finns på wikipedia), där finns väl 2 värmeöverföringar och en pil som är arbete? Jag tänker att vi tar bort Qc från bilden, då har vi fått båten.
Sant, men egentligen är det ju bara ett värmeflöde (från TH till TC) som man har delat upp i två delar, eller rättare sagt ett värmeflöde där man ”snor” en del som arbete. Jag gillar den här bilden bättre:
Andra huvudsatsen begränsar hur mycket energi som går att sno från värmeflödet som arbete. Hela den här processen är ju bara möjlig eftersom värmet höjer entropin hos kalla reservoaren. Samtidigt minskar entropin hos varma reservoaren, men inte lika mycket. Alltså ökar nettoentropin och allt är okej. Tar man bort för mycket värme skulle det innebära att entropin hos kalla reservoaren inte ökar lika mycket och då kan nettoentropin sjunka. Det är förbjudet enligt andra huvudsatsen och en sådan process kan inte ske. Carnots verkningsgrad säger hur stor andel av värmet man maximalt kan sno till arbete.
Åh, den bilden va väldigt bra. Andra huvudsatsen säger att Qc inte kan vara noll alltså (oavsett reservoarernas temp)?
Jag tycker att det liknar vattenkraftverk, att vi "snor" av ett flöde som går från varmt till kallt på samma sätt som högt till lågt.
Men egenligen tänkte jag inte att Qc skulle vara noll... Jag tänkte bara en maskin som kan gå för alltid och gå "gratis" (värmeenergin som tex havet kostar ju oss inget). Speciellt när vi inte ens vill ha värmeenergin, som när vi vill luftkonditionera ett rum.
QC får inte vara noll men den får inte heller vara ”nära noll”. Om TH=100 grader=373 K och TC=0 grader=273 K så är den maximala verkningsgraden 1-273/373=27 procent. Det innebär att för varje 100 J värme som lämnar TH måste åtminstone 73 J gå till TC för att processen ska vara möjlig.
