Umwandlung von Wärme in mechanische Energie

Könnte ein Objekt Wärme in der Luft um es herum in mechanische Energie umwandeln, um sich selbst zu beschleunigen?

Nur wenn der Motor einen Wärmespeicher mit einer niedrigeren Temperatur als die Umgebungsluft enthält (und auch dann nur für einen begrenzten Zeitraum). Zum Beispiel könnte es einen Tank mit kalter Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt enthalten, die atmosphärische Wärme verwenden, um diese Flüssigkeit zu kochen, und den expandierenden Dampf verwenden, um Kolben, Antriebsräder usw. zu bewegen (im Grunde eine Dampfmaschine mit niedriger Temperatur).

Ohne ein Niedertemperatur-Wärmereservoir würde dies den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik brechen. Insbesondere würde es der Kelvin-Planck-Aussage des zweiten Hauptsatzes widersprechen , die besagt

Es ist unmöglich, eine zyklisch arbeitende Wärmekraftmaschine zu konstruieren, deren Wirkung darin besteht, Energie in Form von Wärme aus einem einzigen Wärmespeicher aufzunehmen und eine äquivalente Menge an Arbeit abzugeben

Könnte ein Objekt Wärme in der Luft um es herum in mechanische Energie umwandeln, um sich selbst zu beschleunigen?

Ja, das Objekt (Wärmekraftmaschine) kann theoretisch in einem Prozess Wärme vollständig in mechanische Energie umwandeln . Ein Beispiel ist der reversible isotherme Expansionsprozess im Carnot-Zyklus.

Aber die Wärmekraftmaschine kann Wärme nicht vollständig in mechanische Energie umwandeln, während sie in einem Kreislauf arbeitet . Das würde gegen die folgende Kelvin-Planck-Aussage des zweiten Hauptsatzes verstoßen (Hervorhebung durch Fettdruck von mir):

Keine Wärmekraftmaschine kann in einem Zyklus arbeiten , während sie Wärme mit einem einzigen Reservoir überträgt

Um den zweiten Hauptsatz zu erfüllen, müsste ein Teil der aus der Luft aufgenommenen Wärme an eine Umgebung mit niedrigerer Temperatur abgeführt werden. Die maximal mögliche Zykluseffizienz ist die für den Carnot-Zyklus.

Mit anderen Worten, das Fahrzeug würde Umgebungsluft aufnehmen, die aus Molekülen mit zufälliger Geschwindigkeit besteht, und das Gas dann in einer einheitlicheren Richtung wieder ausstoßen, so dass es in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt.

Was Sie hier beschreiben, ist nicht die Umwandlung von Wärme in mechanische Energie, wie Sie eingangs im ersten Satz angegeben haben. Wärme wäre eine Energieübertragung von der Luft auf das Objekt aufgrund von Temperaturunterschieden. Was Sie beschreiben, ist die Übertragung von Masse (Luft) auf das Objekt und das Objekt nimmt irgendwie die innere kinetische Energie der Luftmoleküle und nutzt sie, um das Objekt anzutreiben. Das Problem ist, dass Sie keinen Mechanismus dafür beschrieben haben und dies tun sollten.

Hoffe das hilft.

Was Sie beschrieben haben, ist eine Variation von Maxwells Dämon, die 1867 vom Physiker James Clerk Maxwell vorgeschlagen wurde. Zitat aus Wikipedia :

Im Gedankenexperiment steuert ein Dämon eine kleine masselose Tür zwischen zwei Gaskammern. Wenn sich einzelne Gasmoleküle (oder Atome) der Tür nähern, öffnet und schließt der Dämon die Tür schnell, damit nur sich schnell bewegende Moleküle in eine Richtung und nur sich langsam bewegende Moleküle in die andere Richtung passieren können. Da die kinetische Temperatur eines Gases von den Geschwindigkeiten seiner konstituierenden Moleküle abhängt, bewirken die Aktionen des Dämons, dass sich eine Kammer erwärmt und die andere abkühlt. Dies würde die Gesamtentropie der beiden Gase ohne Aufwendung von Arbeit verringern und damit den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen.

In Ihrem Fall könnte der Temperaturunterschied zwischen den beiden Kammern, wenn es möglich wäre, eine Wärmekraftmaschine und beispielsweise einen Propeller antreiben. Der zitierte Wikipedia-Artikel erwähnt jedoch auch ein Papier aus dem Jahr 2006, in dem die Verwendung eines Lasers zum Sortieren von Molekülen beschrieben wird:

Der Prozess erfordert mehr Energie von den Laserstrahlen, als durch die erzeugte Temperaturdifferenz erzeugt werden könnte.

Die Gesetze der Thermodynamik werden also nicht verletzt.