Căldura ca energie de calitate scăzută

Energia stocată ca căldură, de la sine, nu este nici de calitate scăzută, nici de înaltă calitate. Ceea ce contează este temperatura la care este stocată căldura și relația acestei temperaturi în comparație cu radiatorul care va absorbi energia în exces în proces.

Pentru a fi mai mult specific, să spunem că aveți un radiator la $ T_S = 20 ° \: \ mathrm C $, cum ar fi atmosfera pentru un motor de mașină. Apoi, comparația interesantă este între (să zicem) $ 1 \: \ mathrm J $ de energie stocată la 100 $ \: \ mathrm C $ (cum ar fi o masă $ m_ {100} $ de apă chiar sub punctul de fierbere) și același $ 1 \: \ mathrm J $ de energie stocată într-o masă mai mare $ m_ {30} $ de apă la o temperatură mai mică de 30 $ \: \ mathrm C $: deși ambele probe au aceeași cantitate de energie, cea cu o cantitate mai mare diferența de temperatură față de radiator poate funcționa mai eficient cu un motor termic și, prin urmare, poate fi utilizată pentru a efectua mai multă muncă (spre deosebire de a preda pur și simplu cea mai mare parte a energiei sale direct la radiator).

Acesta este motivul căldura este uneori descrisă ca fiind de „calitate scăzută”, atunci când este stocată la temperatură scăzută (cum ar fi căldura creată de fricțiunea între roțile mașinii și șosea) și, prin urmare, nu poate fi utilizată pentru a produce o muncă utilă cu radiatoarele avem la dispoziție. Alte surse de căldură (cum ar fi gazul care explodează în interiorul pistonului unei mașini sau tijele de combustibil strălucitoare dintr-un reactor nuclear și așa mai departe) sunt ceea ce ați numi mare -energia de calitate „în acea setare.

Comentarii

• deoarece putem crea condiții zero aproape absolute, de ce să nu ' nu îl folosim pentru a profita din plin de căldură?
• Pentru că necesită muncă pentru a se răci în aceste condiții. Aș recomanda o sesiune bună, lungă, cu un manual introductiv de termodinamică.
• Una dintre numeroasele variante ale celei de-a doua legi spune că un frigider nu poate ' să fie perfect eficient mai mult decât poate un motor termic. Vă costă energie să faceți un rezervor mai rece decât aveți disponibil în mod natural, făcând combinația dintre frigider + motor termic mai puțin eficientă decât simpla construire a unui motor termic pentru a profita de rezervorul disponibil.
• @ergon To be sincer, nu-mi amintesc să fi răspuns la răspunsurile dvs. anterioare (nici nu mă îndoiesc că am făcut-o dacă spuneți că am făcut-o, adică fiecare răspuns a fost independent de celelalte). Dacă răspunsurile vi se par înclinate la un nivel scăzut, atunci luați-o ca o critică constructivă conform căreia textul întrebării așa cum este pus este de asemenea prezentat la un nivel scăzut; dacă aveți o întrebare mai sofisticată, atunci asigurați-vă că strălucește în text. Într-adevăr, în text există puține dovezi prețioase că înțelegeți materialul chiar și la nivel introductiv, mi-e ' tem.
• Răspunsul la comentariul dvs. este așa cum a spus dmckee – nu numai că necesită energie pentru a produce un rezervor rece, ci necesită în mod evident energie ≥ decât ați putea extrage ca lucrare folosind acel rezervor. Și, din nou, acest lucru este explicat în profunzime în orice manual de termodinamică.

Deci munca depusă de sistem trebuie să fie egală cu căldura oferită sistemului.

Toată căldura „oferită” (citiți: adăugată) la sistem nu este convertită pentru a funcționa într-un ciclu. Acest lucru ar încălca afirmația Kelvin-Planck a celei de-a doua legi.

Pentru a finaliza un ciclu, o parte din căldura adăugată trebuie respinsă (aruncată) de către sistem în împrejurimi. Deci, munca netă realizată este egală cu căldura adăugată minus căldura respinsă.

$$ \ Delta U_ {cycle} = Q_ {net} -W_ {net} = 0 $$ $$ W_ {net} = Q_ {net} = Q_ {adăugat} -Q_ {respins} $$

În ceea ce privește căldura fiind o energie " de calitate " de calitate inferioară, poate fi instructiv să o comparați cu o formă de energie considerată " calitate superioară ", de exemplu, energie electrică. Am citit că eficiența unui motor de mașină electrică este mai mare de 90% și poate ajunge până la 98%. Prin comparație, eficiența unui motor cu ardere internă variază între 30% și 45%.

Chiar și un motor termic cu ciclu Carnot funcționează în intervalul de temperatură al motorului cu ardere internă al unui automobil, între 2773 K în camera de combustie și 300K în atmosferă, ar avea o eficiență teoretică maximă Carnot de aproximativ 89%. Dar un astfel de motor ar funcționa atât de încet (pentru a fi reversibil) încât rata de lucru (putere) ar face un astfel de motor total impracticabil Așa cum a spus cineva odată, dacă puneți un motor Carnot în mașină, veți obține o economie de combustibil fantastică, dar pietonii vă vor trece!

Sper că acest lucru vă va ajuta