Calor como energía de baja calidad

La energía almacenada en forma de calor, por sí sola, no es ni de baja ni de alta calidad. Lo que importa es la temperatura a la que se almacena el calor, y la relación de esa temperatura en comparación con el disipador de calor que absorberá el exceso de energía en el proceso.

Para ser más específico, digamos que tiene un disipador de calor a $ T_S = 20 ° \: \ mathrm C $, como la atmósfera de un motor de automóvil. Entonces la comparación interesante es entre (digamos) $ 1 \: \ mathrm J $ de energía almacenada a $ 100 ° \: \ mathrm C $ (como una masa $ m_ {100} $ de agua justo debajo del punto de ebullición) y el mismo $ 1 \: \ mathrm J $ de energía almacenada en una masa mayor $ m_ {30} $ de agua a una temperatura más baja de $ 30 ° \: \ mathrm C $: aunque ambas muestras tienen la misma cantidad de energía, la que tiene una mayor La diferencia de temperatura con el disipador de calor puede hacer funcionar un motor térmico de manera más eficiente y, por lo tanto, puede utilizarse para realizar más trabajo (en lugar de simplemente entregar la mayor parte de su energía directamente al disipador de calor).

Esta es la razón El calor a veces se describe como «de baja calidad», cuando se almacena a baja temperatura (como el calor creado por la fricción entre las ruedas de un automóvil y la carretera) y, por lo tanto, no se puede utilizar para producir mucho trabajo útil con los disipadores de calor. que tenemos disponibles. Otras fuentes de calor (como la explosión de gas dentro del pistón de un automóvil o las barras de combustible incandescentes en un reactor nuclear, etc.) son lo que «llamaría» alto -quality energy «en ese entorno.

Comentarios

• ya que podemos crear condiciones casi de cero absoluto, ¿por qué no ' ¿No lo usamos para aprovechar al máximo el calor?
• Porque requiere trabajo para enfriarse en esas condiciones. Recomendaría una buena y larga sesión con un libro de texto de introducción a la termodinámica.
• Una de las muchas variaciones de la Segunda Ley dice que un refrigerador no puede ' ser perfecto más eficiente que un motor térmico. Le cuesta energía hacer un depósito más frío de lo que tiene naturalmente disponible, lo que hace que la combinación de refrigerador + motor térmico sea menos eficiente que simplemente construir un motor térmico para aprovechar el depósito disponible.
• @ergon To be honestamente no recuerdo haber respondido anteriores respuestas tuyas (ni dudo haberlo hecho si dices que sí, es decir que cada respuesta ha sido independiente de las demás). Si las respuestas le parecen de bajo nivel, entonces tómelo como una crítica constructiva de que el texto de la pregunta, tal como se plantea, también tiene un tono de bajo nivel; si tiene una pregunta más sofisticada, asegúrese de que se destaque en su texto. Tal como está, en el texto hay muy poca evidencia de que usted comprenda el material, incluso a nivel introductorio, ' me temo.
• La respuesta a su comentario Es como dijo dmckee: no solo se requiere energía para producir un depósito frío, sino que requiere demostrablemente ≥ energía de la que podría extraer como trabajo utilizando ese depósito. Y, nuevamente, esto se explica en profundidad en cualquier libro de texto de termodinámica.

Por tanto, el trabajo realizado por el sistema debe ser igual al calor ofrecido al sistema.

Todo el calor «ofrecido» (léase: agregado) al sistema no se convierte para funcionar en un ciclo. Eso violaría la declaración de Kelvin-Planck de la segunda ley.

Para completar un ciclo, parte del calor agregado debe ser rechazado (descartado) por el sistema a los alrededores. Entonces, el trabajo neto realizado es igual al calor agregado menos el calor rechazado.

$$ \ Delta U_ {cycle} = Q_ {net} -W_ {net} = 0 $$ $$ W_ {net} = Q_ {net} = Q_ {added} -Q_ {jected} $$

Con respecto a que el calor es una " energía " de menor calidad, puede ser instructivo compararlo con una forma de energía considerada " " de mayor calidad, por ejemplo, energía eléctrica. He leído que la eficiencia de un motor de automóvil eléctrico es superior al 90% y puede llegar al 98%. En comparación, la eficiencia de un motor de combustión interna varía entre 30% y 45%.

Incluso un motor térmico de ciclo Carnot operando en el rango de temperatura del motor de combustión interna de un automóvil, entre 2773 K en el cámara de combustión y 300K en la atmósfera, tendría una eficiencia máxima teórica de Carnot de aproximadamente 89%. Pero un motor de este tipo funcionaría tan lentamente (para ser reversible) que la tasa de trabajo (potencia) haría que dicho motor fuera totalmente impracticable. . Como alguien dijo una vez, si pones un motor Carnot en tu auto obtendrás una economía de combustible fantástica, ¡pero los peatones te pasarán!

Espero que esto te ayude