La chaleur comme énergie de basse qualité

Lénergie stockée sous forme de chaleur, en elle-même, nest ni de faible ni de haute qualité. Ce qui compte, cest la température à laquelle la chaleur est stockée, et la relation entre cette température et le dissipateur thermique qui absorbera lexcès dénergie dans le processus.

Pour être plus spécifique, disons que vous avez un dissipateur de chaleur à $ T_S = 20 ° \: \ mathrm C $, comme latmosphère dun moteur de voiture. Alors la comparaison intéressante est entre (disons) $ 1 \: \ mathrm J $ dénergie stockée à $ 100 ° \: \ mathrm C $ (comme une masse $ m_ {100} $ deau juste en dessous du point débullition) et le même $ 1 \: \ mathrm J $ dénergie stockée dans une plus grande masse $ m_ {30} $ deau à une température plus basse de 30 $ \: \ mathrm C $: bien que les deux échantillons aient la même quantité dénergie, celui avec une plus grande la différence de température par rapport au dissipateur thermique peut faire fonctionner un moteur thermique plus efficacement et peut donc être utilisé pour effectuer plus de travail (au lieu de simplement transférer la majeure partie de son énergie directement au dissipateur thermique).

Cest la raison la chaleur est parfois qualifiée de « de mauvaise qualité », lorsquelle est stockée à basse température (comme la chaleur créée par le frottement entre les roues dune voiture et la route) et ne peut donc pas être utilisée pour produire beaucoup de travail utile avec les dissipateurs de chaleur dont nous disposons. Dautres sources de chaleur (comme lexplosion de gaz à lintérieur dun piston de voiture, ou les barres de combustible incandescentes dans un réacteur nucléaire, etc.) sont ce que vous «appelleriez» élevé -quality energy « dans ce paramètre.

Commentaires

• puisque nous pouvons créer des conditions de zéro presque absolu, pourquoi don ' Pouvons-nous utiliser cela pour profiter pleinement de la chaleur?
• Parce quil faut travailler pour refroidir dans ces conditions. Je recommanderais une bonne et longue session avec un manuel dintroduction à la thermodynamique.
• Lune des nombreuses variantes de la deuxième loi dit quun réfrigérateur peut ' t être parfaitement plus efficace qu’un moteur thermique. Il vous en coûte de lénergie pour fabriquer un réservoir plus froid que celui dont vous disposez naturellement, ce qui rend la combinaison réfrigérateur + moteur thermique moins efficace que la simple construction dun moteur thermique pour profiter du réservoir disponible.
• @ergon To be honnête, je ne me souviens pas avoir répondu à vos réponses précédentes (je ne doute pas non plus de lavoir fait si vous dites que je lai fait, ce qui signifie que chaque réponse a été indépendante des autres). Si les réponses vous semblent réduites à un niveau bas, considérez cela comme une critique constructive selon laquelle le texte de la question tel que posé est également présenté à un niveau bas; si vous avez une question plus sophistiquée, assurez-vous quelle transparaît dans votre texte. Dans létat actuel des choses, il y a peu de preuves précieuses sur le texte que vous comprenez le matériel même au niveau dintroduction, jai ' jai peur.
• La réponse à votre commentaire Cest comme la dit dmckee – non seulement il faut de lénergie pour produire un réservoir froid, mais cela nécessite de manière prouvée une énergie ≥ que vous ne pourriez extraire en tant que travail en utilisant ce réservoir. Et, encore une fois, cela est expliqué en détail dans nimporte quel manuel de thermodynamique.

Le travail effectué par le système doit donc être égal à la chaleur offerte au système.

Toute la chaleur «offerte» (lire: ajoutée) au système nest pas convertie pour fonctionner dans un cycle. Cela violerait la déclaration Kelvin-Planck de la deuxième loi.

Afin de terminer un cycle, une partie de la chaleur ajoutée doit être rejetée (rejetée) par le système dans lenvironnement. Ainsi, le travail réseau effectué est égal à la chaleur ajoutée moins la chaleur rejetée.

$$ \ Delta U_ {cycle} = Q_ {net} -W_ {net} = 0 $$ $$ W_ {net} = Q_ {net} = Q_ {ajouté} -Q_ {rejeté} $$

En ce qui concerne la chaleur étant une énergie de " " de qualité inférieure, il peut être instructif de la comparer à une forme dénergie considérée " qualité supérieure ", par exemple, énergie électrique. Jai lu que le rendement dun moteur de voiture électrique est supérieur à 90% et peut atteindre 98%. En comparaison, le rendement dun moteur à combustion interne varie entre 30% et 45%.

Même un moteur thermique à cycle Carnot fonctionnant dans la plage de température du moteur à combustion interne dune automobile, entre 2773 K dans le chambre de combustion et 300K dans latmosphère, aurait un rendement Carnot théorique maximal denviron 89%. Mais un tel moteur fonctionnerait si lentement (pour être réversible) que le taux de travail (puissance) rendrait un tel moteur totalement impraticable . Comme quelquun la dit un jour, si vous installez un moteur Carnot dans votre voiture, vous obtiendrez une économie de carburant fantastique, mais les piétons passeront devant vous!

Jespère que cela vous aidera