Calor como energia de baixa qualidade

A energia armazenada como calor, por si só, não é de baixa nem alta qualidade. O que importa é a temperatura em que o calor é armazenado e a relação dessa temperatura em relação ao dissipador de calor que irá absorver o excesso de energia no processo.

Para ser mais específico, digamos que você tenha um dissipador de calor em $ T_S = 20 ° \: \ mathrm C $, como a atmosfera para o motor de um carro. Então, a comparação interessante é entre (digamos) $ 1 \: \ mathrm J $ de energia armazenada em $ 100 ° \: \ mathrm C $ (como uma massa $ m_ {100} $ de água logo abaixo do ponto de ebulição) e o mesmo $ 1 \: \ mathrm J $ de energia armazenada em uma massa maior $ m_ {30} $ de água a uma temperatura inferior de $ 30 ° \: \ mathrm C $: embora ambas as amostras tenham a mesma quantidade de energia, aquela com uma maior a diferença de temperatura para o dissipador de calor pode operar uma máquina de calor com mais eficiência e, portanto, pode ser usada para realizar mais trabalho (em vez de simplesmente entregar a maior parte de sua energia diretamente para o dissipador de calor).

Esta é a razão o calor às vezes é descrito como de “baixa qualidade”, quando é armazenado em baixa temperatura (como o calor criado pelo atrito entre as rodas de um carro e a estrada) e, portanto, não pode ser usado para produzir muito trabalho útil com os dissipadores de calor que temos disponíveis. Outras fontes de calor (como a explosão de gás dentro de um pistão de carro, ou as hastes de combustível brilhantes em um reator nuclear e assim por diante) são o que você “chamaria” de alta -quality energy “nesse cenário.

Comentários

• já que podemos criar condições de zero quase absoluto, por que não ' podemos usar isso para tirar o máximo proveito do calor?
• Porque é preciso trabalho para resfriar nessas condições. Eu recomendaria uma boa e longa sessão com um livro introdutório à termodinâmica.
• Uma das muitas variações da 2ª Lei diz que uma geladeira pode ' ser perfeita mais eficiente do que uma máquina térmica. Custa energia para você fazer um reservatório mais frio do que o que você tem naturalmente disponível, tornando a combinação de geladeira + máquina de calor menos eficiente do que apenas construir uma máquina de calor para aproveitar as vantagens do reservatório disponível.
• @ergon To be Honestamente, não me lembro de ter respondido suas respostas anteriores (nem duvido que o tenha feito se você diz que sim, o que significa que cada resposta foi independente das outras). Se as respostas parecem ser apresentadas em um nível baixo para você, considere isso como uma crítica construtiva de que o texto da pergunta como colocado também é apresentado em um nível baixo; se você tiver uma pergunta mais sofisticada, certifique-se de que ela apareça no seu texto. Do jeito que está, no texto há poucas evidências preciosas de que você entende o material, mesmo no nível introdutório, ' estou com medo.
• A resposta ao seu comentário é como disse o dmckee – não só requer energia para produzir um reservatório frio, mas também provavelmente ≥ energia do que você seria capaz de extrair como trabalho usando aquele reservatório. E, novamente, isso é explicado em profundidade em qualquer livro de termodinâmica.

Portanto, o trabalho realizado pelo sistema deve ser igual ao calor oferecido ao sistema.

Todo o calor “oferecido” (leia-se: adicionado) ao sistema não é convertido para funcionar em um ciclo. Isso violaria a declaração de Kelvin-Planck da segunda lei.

Para completar um ciclo, parte do calor adicionado deve ser rejeitado (descartado) pelo sistema para os arredores. Portanto, o trabalho líquido realizado é igual ao calor adicionado menos o calor rejeitado.

$$ \ Delta U_ {ciclo} = Q_ {net} -W_ {net} = 0 $$ $$ W_ {net} = Q_ {net} = Q_ {adicionado} -Q_ {rejeitado} $$

Com relação ao calor ser uma energia de " qualidade inferior ", pode ser instrutivo compará-lo com uma forma de energia considerada " qualidade superior ", por exemplo, energia elétrica. Eu li que a eficiência de um motor de carro elétrico é superior a 90% e pode chegar a 98%. Em comparação, a eficiência de um motor de combustão interna varia entre 30% e 45%.

Mesmo um motor térmico de ciclo de Carnot operando na faixa de temperatura do motor de combustão interna de um automóvel, entre 2773 K no A câmara de combustão e 300K na atmosfera teriam uma eficiência máxima teórica de Carnot de cerca de 89%. Mas tal motor operaria tão lentamente (para ser reversível) que a taxa de trabalho (potência) tornaria tal motor totalmente impraticável . Como alguém disse uma vez, se você colocar um motor Carnot em seu carro, terá uma economia de combustível fantástica, mas os pedestres estariam passando por você!

Espero que isso ajude