Wärme als Energie geringer Qualität

Energie, die als Wärme gespeichert wird, ist für sich genommen weder von geringer noch von hoher Qualität. Was zählt, ist die Temperatur , bei der die Wärme gespeichert wird, und das Verhältnis dieser Temperatur zum Kühlkörper, der die überschüssige Energie im Prozess absorbiert.

Um mehr zu sein Angenommen, Sie haben einen Kühlkörper bei $ T_S = 20 ° \: \ mathrm C $, z. B. die Atmosphäre für einen Automotor. Dann ist der interessante Vergleich zwischen (sagen wir) $ 1 \: \ mathrm J $ Energie, die bei $ 100 ° \: \ mathrm C $ gespeichert ist (wie eine Masse $ m_ {100} $ Wasser knapp unter dem Siedepunkt) und demselben $ 1 \: \ mathrm J $ Energie, die in einer größeren Masse $ m_ {30} $ Wasser bei einer niedrigeren Temperatur von $ 30 ° gespeichert ist \: \ mathrm C $: Obwohl beide Proben die gleiche Energiemenge haben, die mit einer größeren Der Temperaturunterschied zum Kühlkörper kann eine Wärmekraftmaschine effizienter betreiben und daher dazu verwendet werden, mehr Arbeit zu verrichten (anstatt einfach den größten Teil seiner Energie direkt an den Kühlkörper abzugeben).

Dies ist der Grund Wärme wird manchmal als „minderwertig“ bezeichnet, wenn sie bei niedriger Temperatur gespeichert wird (z. B. durch Wärme, die durch Reibung zwischen den Rädern eines Autos und der Straße entsteht) und daher nicht für nützliche Arbeiten mit den Kühlkörpern verwendet werden kann Wir haben verfügbar. Andere Wärmequellen (wie das explodierende Gas in einem Autokolben oder die glühenden Brennstäbe in einem Kernreaktor usw.) sind das, was Sie als „hoch“ bezeichnen würden -Qualitätsenergie „in dieser Einstellung.

Kommentare

• Da wir nahezu absolute Nullbedingungen erstellen können, warum nicht ' Verwenden wir das nicht, um die Wärme voll auszunutzen?
• Weil es Arbeit erfordert, um auf diese Bedingungen abzukühlen. Ich würde eine gute, lange Sitzung mit einem einführenden Lehrbuch zur Thermodynamik empfehlen.
• Eine der vielen Variationen des 2. Gesetzes besagt, dass ein Kühlschrank ' nicht perfekt sein kann effizient mehr als eine Wärmekraftmaschine kann. Es kostet Sie Energie, ein kälteres Reservoir herzustellen, als Sie natürlich zur Verfügung haben. Dadurch ist die Kombination aus Kühlschrank und Wärmekraftmaschine weniger effizient als der Bau einer Wärmekraftmaschine, um das verfügbare Reservoir zu nutzen.
• @ergon To be Ehrlich gesagt erinnere ich mich nicht daran, frühere Antworten von Ihnen beantwortet zu haben (und ich bezweifle auch nicht, dass Sie dies getan haben, wenn Sie sagen, dass ich es getan habe, was bedeutet, dass jede Antwort unabhängig von den anderen war). Wenn Ihnen die Antworten auf einer niedrigen Ebene erscheinen, nehmen Sie dies als konstruktive Kritik, dass der gestellte Fragentext auch auf einer niedrigen Ebene platziert ist. Wenn Sie eine komplexere Frage haben, stellen Sie sicher, dass diese in Ihrem Text durchscheint. Wie es ist, gibt es auf dem Text kaum Anhaltspunkte dafür, dass Sie das Material bereits in der Einführungsphase verstehen. Ich ' habe Angst.
• Die Antwort auf Ihren Kommentar ist wie dmckee sagte – es benötigt nicht nur Energie, um ein kaltes Reservoir zu erzeugen, es benötigt nachweislich ≥ Energie, als Sie als Arbeit mit diesem Reservoir extrahieren könnten. Dies wird in jedem Lehrbuch zur Thermodynamik ausführlich erläutert.

Die vom System geleistete Arbeit muss also der dem System angebotenen Wärme entsprechen.

Die gesamte dem System „angebotene“ (gelesen: hinzugefügt) Wärme wird nicht in einen Zyklus umgewandelt. Dies würde gegen die Kelvin-Planck-Aussage des zweiten Gesetzes verstoßen.

Um einen Zyklus abzuschließen, muss ein Teil der hinzugefügten Wärme vom System an die Umgebung abgegeben (verworfen) werden. Das geleistete Netzwerk entspricht also der hinzugefügten Wärme abzüglich der zurückgewiesenen Wärme.

$$ \ Delta U_ {cycle} = Q_ {net} -W_ {net} = 0 $$ $$ W_ {net} = Q_ {net} = Q_ {hinzugefügt} -Q_ {abgelehnt} $$

In Bezug auf Wärme als "