¿Por qué la segunda clase de termodinámica enfatiza la “fuente única de calor”?
Análisis:
La segunda ley de la termodinámica describe la dirección de la transferencia de calor:
La energía mecánica de la masa regular el movimiento de las moléculas se puede convertir completamente en energía térmica. El movimiento irregular de las moléculas no se puede convertir completamente en energía mecánica. Una expresión común de esta ley es que todo proceso físico o químico espontáneo siempre se desarrolla en la dirección de una entropía creciente. La entropía es energía térmica que no se puede convertir en trabajo. El cambio de entropía es igual al cambio de calor dividido por la temperatura absoluta. Cuando las temperaturas altas y bajas se concentran respectivamente, el valor de entropía es muy bajo; cuando la temperatura se distribuye uniformemente, el valor de entropía aumenta. Cuando los objetos están en orden, la entropía es baja; cuando los objetos están desordenados, la entropía aumenta. Ahora el universo entero está pasando del orden al desorden, de la regularidad a la irregularidad, y la entropía total del universo está aumentando.
Declaración de Clausius
Es imposible transferir calor de un objeto de baja temperatura a un objeto de alta temperatura sin provocar otros cambios.
Expresión Kelvin
Es imposible absorber calor de una sola fuente de calor de tal manera que sea completamente útil y no tenga ningún otro efecto.
La expresión Kelvin también se puede expresar como: el segundo tipo de máquina de movimiento perpetuo no puede ser causado.
El establecimiento y expresión de la segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de la termodinámica se estableció poco después del establecimiento de la primera ley de la termodinámica (la ley de conservación de la energía). Su establecimiento estuvo estrechamente relacionado con la década de 1920. La investigación de Carnot sobre motores térmicos está estrechamente relacionada. En su trabajo de investigación sobre la mejora de la eficiencia de los motores térmicos, Carnot captó la esencia de los motores térmicos, dejó de lado varios factores secundarios y abstrajo un motor térmico ideal que solo funciona entre fuentes de calor de alta temperatura y fuentes de calor de baja temperatura (fuentes de frío). ) (motor térmico de Carnot). Comparó dicho motor térmico con una turbina hidráulica: "Podemos comparar con precisión la energía térmica con una cascada... La potencia de la cascada depende de la altura y la cantidad del líquido; la potencia del calor también depende de la cantidad de masa térmica utilizada y la 'caída' de la masa térmica 'Altura', es decir, la diferencia de temperatura entre dos objetos que intercambian calor y masa "La era de Carnot fue una época en la que dominaba la teoría calórica, y el paso de Carnot fue también un reflejo de ella. Teoría calórica. Ciertamente ahora parece incorrecto, pero la conclusión a la que llegó es correcta: "No basta con proporcionar calor para dar energía, debe ser frío. Sin frío, el calor es inútil". Ha tocado el borde de la segunda ley de la termodinámica.
Cuando el físico británico Kelvin (anteriormente conocido como Thomson) estudió el trabajo de Carnot y Joule, descubrió algunas inconsistencias: Según la ley de conservación de la energía, el calor y el trabajo deberían ser equivalentes, pero según la En la teoría de Carnot, Nuo, el calor y el trabajo no son exactamente lo mismo, porque el trabajo puede convertirse completamente en calor sin ninguna condición, y el trabajo generado por el calor debe ir acompañado de una disipación del calor al frío. En un artículo del 65438 al 0849, dijo: "La teoría del calor necesita una reforma seria y se deben encontrar nuevos hechos experimentales". Clausius, al mismo tiempo, también estudió seriamente estas cuestiones y vio con atención la disonancia de Card en la teoría de Nobel. teoría. Señaló que la conclusión de la teoría de Carnot de que el trabajo generado por el calor debe ir acompañado de la transferencia de calor al frío es correcta, pero la conclusión de que el calor (es decir, la masa térmica) permanece sin cambios es errónea. En un artículo publicado en 1850, Clausius propuso que en la teoría del calor, además de la ley de conservación de la energía, se debe agregar otra ley básica: "Es imposible transferir calor de bajas temperaturas a altas temperaturas". Esta ley se conoció como la segunda ley de la termodinámica. La afirmación de Clausius en los libros de texto modernos se expresa generalmente como:
Es imposible transferir calor de un objeto de baja temperatura a un objeto de alta temperatura sin provocar otros cambios.
Al año siguiente (1851), Kelvin propuso otra formulación de la segunda ley de la termodinámica, que generalmente se establece en los libros de texto modernos de la siguiente manera:
Absorber calor de una sola fuente de calor hace eso completamente útil Y ningún otro efecto es posible.
En pocas palabras:
La energía térmica no se puede convertir completamente en energía mecánica y solo se puede transferir de objetos de alta temperatura a objetos de baja temperatura.