Varme som en lavkvalitetsenergi

Energi, der er lagret som varme, er i sig selv hverken af lav eller høj kvalitet. Det der betyder noget er den temperatur som varmen lagres i, og forholdet mellem den temperatur og den kølelegeme, der absorberer den overskydende energi i processen.

At være mere specifikt, sig, at du har en køleplade ved $ T_S = 20 ° \: \ mathrm C $, såsom atmosfæren til en bilmotor. Så er den interessante sammenligning mellem (siger) $ 1 \: \ mathrm J $ af energi lagret ved $ 100 ° \: \ mathrm C $ (såsom en masse $ m_ {100} $ vand lige under kogepunktet) og den samme $ 1 \: \ mathrm J $ energi lagret i en større masse $ m_ {30} $ vand ved en lavere temperatur på $ 30 ° \: \ mathrm C $: selvom begge prøver har den samme mængde energi, den med større temperaturforskel til kølelegemet kan betjene en kølemaskine mere effektivt og kan derfor bruges til at udføre mere arbejde (i modsætning til blot at aflevere det meste af sin energi direkte til kølelegemet).

Dette er grunden varme betegnes undertiden som “lav kvalitet”, når den opbevares ved lav temperatur (som f.eks. varmen skabt af friktion mellem bilens hjul og vejen) og kan derfor ikke bruges til at producere meget nyttigt arbejde med kølelegemerne Vi har tilgængelige. Andre varmekilder (som eksploderende gas inde i et bilstempel eller de glødende brændstofstænger i en atomreaktor osv.) er, hvad du “kalder” højt -kvalitetsenergi “i den indstilling.

Kommentarer

• da vi kan skabe næsten absolutte nul betingelser, hvorfor ikke ' t bruger vi det til at udnytte varmen fuldt ud?
• Fordi det kræver arbejde at afkøle til disse forhold. Jeg vil anbefale en god, lang session med en indledende termodynamik-lærebog.
• En af de mange variationer i 2. lov siger, at et køleskab ikke kan ' t være perfekt effektiv mere end en varmemotor kan. Det koster dig energi at lave et koldere reservoir, end du naturligt har tilgængeligt, hvilket gør kombinationen af køleskab + varmemotor mindre effektiv end bare at bygge en varmemotor for at drage fordel af det tilgængelige reservoir.
• @ergon At være ærlig kan jeg ikke huske at have besvaret dine tidligere svar (og jeg tvivler heller ikke på at have gjort det, hvis du siger, at jeg gjorde det, hvilket betyder at hvert svar har været uafhængigt af de andre). Hvis svarene synes at være sat på et lavt niveau for dig, så tag det som konstruktiv kritik af, at spørgsmålsteksten, som den er stillet, også er lavet på et lavt niveau; hvis du har et mere sofistikeret spørgsmål, så sørg for at det skinner igennem i din tekst. Som det er, på teksten er der værdifuldt lille bevis for, at du forstår materialet selv på introduktionsniveau, jeg ' er bange.
• Svaret på din kommentar er som dmckee sagde – det kræver ikke kun energi til at producere et koldt reservoir, det kræver beviseligt ≥ energi, end du ville være i stand til at udtrække som arbejde ved hjælp af det reservoir. Og igen forklares dette i dybden i enhver termodynamik-lærebog.

Så det arbejde, systemet udfører, skal svare til varmen, der tilbydes systemet.

Al den “tilbudte varme” (læs: tilføjet) til systemet konverteres ikke til at arbejde i en cyklus. Dette ville være i strid med Kelvin-Planck-erklæringen i anden lov.

For at gennemføre en cyklus skal noget af den tilsatte varme afvises (kasseres) af systemet til omgivelserne. Så det udførte nettoarbejde er lig med den tilsatte varme minus den afviste varme.

$$ \ Delta U_ {cycle} = Q_ {net} -W_ {net} = 0 $$ $$ W_ {net} = Q_ {net} = Q_ {tilføjet} -Q_ {afvist} $$

Med hensyn til varme, der er " lavere kvalitet " energi, kan det være lærerigt at sammenligne det med en energiform, der betragtes som " højere kvalitet ", f.eks. Elektrisk energi. Jeg har læst, at effektiviteten af en elbilmotor er større end 90% og kan være så høj som 98%. Til sammenligning varierer effektiviteten af en forbrændingsmotor mellem 30% og 45%.

Selv en Carnot-cyklusvarmemotor, der fungerer i temperaturområdet for en bils forbrændingsmotor, mellem 2773 K i forbrændingskammer og 300 K i atmosfæren, ville have en maksimal teoretisk Carnot-effektivitet på ca. 89%. Men en sådan motor ville køre så langsomt (for at være reversibel), at arbejdshastigheden (kraft) ville gøre en sådan motor fuldstændig umulig Som nogen engang sagde, hvis du sætter en Carnot-motor i din bil, får du en fantastisk brændstoføkonomi, men fodgængere passerer dig forbi!

Håber det hjælper