Warum ermöglicht die Entropie die Umwandlung von Wärme in Arbeit?

Die physikalische Chemie hat mich dazu gebracht, alles in Frage zu stellen.

Kürzlich dachte ich: "Warum ist es überhaupt möglich, Wärme in Arbeit umzuwandeln?"

Nach dem, was ich gelernt habe, kann eine Wärmekraftmaschine Energie aufnehmen und in Arbeit umwandeln. Wärme kann jedoch als "ungeordneter" als Arbeit definiert werden (weil Partikel bei Wärme "zufälliger", aber bei Arbeit "organisierter" sind. Lassen Sie es mich wissen, wenn Sie möchten, dass ich näher darauf eingehe).

Wenn also Wärme ungeordneter ist, bedeutet mehr Wärme und weniger Arbeit, dass es eine größere Entropie gibt. Wenn wir also Wärme in Arbeit umwandeln, verringern wir die Entropie, nicht wahr? Und es ist nicht nur die Entropie des Systems, sondern des Universums (weil wir die Wärme aus der Umgebung beziehen).

Wenn also nach dem 2. Hauptsatz die Entropie nur zunehmen kann, wie ist es dann möglich, Wärme in Arbeit umzuwandeln? Was verstehe ich falsch?

Die Entropie kann nur insgesamt zunehmen. Aber es ist möglich, die Entropie in einer Region des Weltraums zu verringern, wenn Sie gleichzeitig an einer anderen Stelle die Entropie um mehr erhöhen.
Siehe das neueste Update zu meiner Antwort. Bei weiterem Klärungsbedarf stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung. Ich hoffe es hilft.

Antworten (1)

Nach dem, was ich gelernt habe, kann eine Wärmekraftmaschine Energie aufnehmen und in Arbeit umwandeln. Wärme kann jedoch als „ungeordneter“ als Arbeit definiert werden (weil bei Wärme Partikel „zufälliger“ sind, aber bei der Arbeit „organisierter“. Lassen Sie mich wissen, wenn Sie möchten, dass ich U näher erläutere

Du hast richtig gelernt.

Wenn wir also Wärme in Arbeit umwandeln, verringern wir die Entropie, nicht wahr?

Wieder einmal haben Sie recht. Eine im Kreislauf arbeitende Wärmekraftmaschine kann jedoch nur einen Teil der einströmenden Wärme einer Hochtemperaturquelle in Arbeit umwandeln. Es muss den anderen Teil der einströmenden Wärme an eine Umgebung mit niedrigerer Temperatur abgeben. Eine Version des zweiten Hauptsatzes ist, dass es unmöglich ist, einen Motor in einem Zyklus zu betreiben, in dem er mit nur einem Temperaturspeicher Wärme austauscht und vollständig in Arbeit umwandelt. Es muss immer Wärme an ein Reservoir mit niedrigerer Temperatur abgeführt werden.

Wenn also nach dem 2. Hauptsatz die Entropie nur zunehmen kann, wie ist es dann möglich, Wärme in Arbeit umzuwandeln? Was verstehe ich falsch?

Was Sie falsch verstehen, ist, dass Sie die Zunahme der Entropie der Umgebung nicht berücksichtigen, da Wärme an die Umgebung abgegeben werden muss. Ja, die Wärme, die der Motor aus der Hochtemperaturumgebung aufnimmt, verringert die Entropie der Hochtemperaturumgebung (wandelt ungeordnete Energie in geordnete Energie um, dh Arbeit). Aber die an die Niedertemperaturumgebung abgegebene Wärme erhöht die Entropie der Niedertemperaturumgebung.

Bei allen realen (irreversiblen) Zyklen ist die Zunahme der Entropie der Umgebung durch die abgegebene Wärme größer als die Abnahme der Entropie der Umgebung durch die Entnahme von Wärme aus der Umgebung zur Verrichtung von Arbeit. Da für jeden vollständigen Zyklus die Entropieänderung des Systems (Wärmemaschine) Null ist, wird die Gesamtänderung der Entropie des Universums (System + Umgebung) größer als Null sein.

Das Beste, was Sie tun können, ist ein reversibler Zyklus, bei dem die Gesamtänderung der Entropie null ist. Der effizienteste der reversiblen Zyklen, die zwischen zwei Reservoirs mit konstanter Temperatur ablaufen, ist der Carnot-Zyklus.

Wenn Sie ein bestimmtes Beispiel benötigen, kann ich meine Antwort ändern.

Hoffe das hilft.

"... die Zunahme der Entropie der Umgebung aufgrund der abgegebenen Wärme ist größer als die Abnahme der Entropie der Umgebung aufgrund der Entnahme von Wärme aus der Umgebung, um Arbeit zu verrichten ..." - Ausgezeichnete Erklärung, macht sehr viel Sinn. Vielen Dank!
@F16Falcon Sehr gerne geschehen. Schön, dass es geholfen hat.
@F16Falcon, stell es dir so vor. Es ist nicht so wichtig, dass Hitze ungeordneter ist als Arbeit (was auch immer das bedeuten mag). Energie in jeder Form wird konserviert, aber wenn Sie eine Wärmekraftmaschine zur Verfügung haben und Hochtemperaturwärme durch einen großen Temperaturunterschied "fallen lassen" können, können Sie aus dieser Energie nützliche Arbeit ziehen, wenn sie an Temperatur verliert. Dieser Temperaturunterschied ist unbedingt erforderlich, wenn Sie einen Teil der Wärme in Arbeit umwandeln möchten.
@DavidWhite Sie haben absolut Recht, aber ich habe mich eher über den Entropieaspekt des Konzepts gewundert als über den "physikalischen Mechanismus", wie Wärme zu Arbeit werden kann. Entschuldigung, mein Titel hat das vielleicht nicht ganz klar gemacht. Ich werde es ändern.
"Es muss den anderen Teil der einfallenden Wärme an eine Umgebung mit niedrigerer Temperatur abführen" Diese Zeile verwirrt mich. Es klingt, als würdest du sagen: "Jedes Mal, wenn du einen Shot machst, musst du etwas Wodka für die Götter verschütten." Wie wird das sozusagen „durchgesetzt“? Was hält Sie davon ab, die ganze Energie für die Arbeit zu verwenden und den verschütteten Schuss zu überspringen? Wo im System schlägt dies fehl oder kommt asymptotisch zum Stillstand?
@Tal Du kannst Wärme in einem PROZESS theoretisch vollständig in Arbeit umwandeln. Ein Beispiel ist ein reversibler isothermer Expansionsprozess. Aber Sie können keine NET-Arbeit in einem vollständigen ZYKLUS produzieren, ohne etwas Wärme zu verwerfen. Es verstößt gegen das zweite Gesetz. Wenn Sie mir ein Beispiel für einen vollständigen Zyklus geben können, der Netzarbeit erzeugt, ohne etwas Wärme abzugeben, bin ich ganz Ohr.
Ist das nicht eine selbstbefriedigende Eigenschaft? Wenn die gesamte Wärme in Arbeit umgewandelt wird, bleibt im System nichts übrig, um den Kreislauf zu vervollständigen. Interpretiere ich den Unterschied zwischen einem Prozess und einem Zyklus falsch, indem er durch das Fehlen einer vollständigen Schleife definiert wird, deren Vollendung nicht möglich ist, ohne dass etwas zurückverwandelt wird?
Warum ermöglicht die Entropie die Umwandlung von Wärme in Arbeit?
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