Wie gilt der 2nd2nd2^\mathrm{nd} Hauptsatz der Thermodynamik?

Zum Beispiel, wenn wir einen unendlichen Zylinder haben, der mit einem Kolben ausgestattet ist, der adiabatische gekrümmte Wände und eine diathermische Basis hat. Bringen Sie nun die Basis in Kontakt mit einem Körper mit höherer Temperatur und lassen Sie den Zylinder etwas Wärme aufnehmen. Danach bedecken wir die Basis mit einem adiabatischen Material. Dann lassen wir das Gas endlos expandieren und wandeln dabei fast seine gesamte Energie durch die mechanische Bewegung des Kolbens in Arbeit um. Ich verstehe nicht, warum wir einem Körper mit niedrigerer Temperatur etwas Wärme zuführen müssen. Wir können so viel Effizienz haben, wie wir wollen, indem wir das Gas für immer ausdehnen lassen.

Ich wollte noch etwas fragen. In meinem Buch, während ich die Effizienz des Carnot-Motors erkläre, gibt es ein Diagramm zwischen Temperatur und Entropie. Die Kurve ist zyklisch und rechteckig. Es besagt, dass der Motor vier Zustände durchläuft A ,   B ,   C ,   D Punkte entsprechen ( T 1 , S 1 ) , ( T 1 , S 2 ) , ( T 2 , S 2 ) Und ( T 2 , S 1 ) . Die Entropie nimmt also beim Abgehen zu A Zu B nimmt aber ab C Zu D . Aber im selben Buch wurde geschrieben, dass das Universum, sobald Entropie geschaffen wurde, die Last davon für immer tragen muss oder mit anderen Worten, es kann nicht zerstört werden. Ich denke, das bedeutet, dass die Entropie nicht verringert werden kann. Dann, wovon hat es abgenommen C Zu D ? Und warum die Entropie nicht verringert werden kann. Zum Beispiel ist die Entropie von Elektronen, die sich zufällig bewegen, groß, aber wenn wir ein elektrisches Feld anlegen, beginnen Elektronen mit einer systematischen Bewegung und daher wird die Zufälligkeit verringert. Dann ist die Entropie nicht zerstört"

Sie haben vorgeschlagen, dass der Prozess kein Zyklus ist, daher ist die Verwendung von Formen des 2. Gesetzes, die sich auf Wärmekraftmaschinen beziehen (vielleicht Carnots Version), nicht sinnvoll. Konstruieren Sie einen Zyklus oder verwenden Sie eine andere Form des zweiten Hauptsatzes.
"Zum Beispiel, wenn wir einen unendlichen Zylinder haben ..." . Spherical Cow unterbricht und sagt "Nooooo... wir handeln nicht mit unendlichen Objekten". Nun, es hätte ... aber es ist in einem Vakuum. Interessante Frage: Wenn Sie versuchen zu sprechen, aber es gibt keine Luft, um den Ton zu tragen, haben Sie dann gesprochen? (Version von "Wenn ein Baum fällt..." )

Antworten (3)

Sie tun ein allgemeines Missverständnis des zweiten Hauptsatzes.

Die Kelvin-Aussage des Zweiten Hauptsatzes besagt, dass es unmöglich ist, einen Prozess zu haben, dessen einzige Wirkung darin besteht, Wärme in Arbeit umzuwandeln. Der Begriff "nur Effekt" bedeutet, dass das System in seinen Ausgangszustand zurückkehren muss, dh der Prozess muss zyklisch sein. Das ist in deinem Beispiel nicht der Fall.

Bei isolierten Systemen nimmt die Entropie nicht ab . Wenn Sie diese Diagramme für eine Wärmekraftmaschine zeichnen, haben Sie es mit einem nicht isolierten System zu tun. Der Motor (das System) steht in thermischem Kontakt mit den Quellen (der Umgebung). Wenn Sie Motor plus Quellen als Ihr System betrachten, nimmt die Entropie niemals ab.

Bedeutet das, dass wir einem Hochtemperaturkörper Wärme entziehen und alles in Arbeit umwandeln können, solange wir das System nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen müssen? Warum können Schiffe dann nicht angetrieben werden, indem man dem Ozean Wärme entzieht und alles in Arbeit umwandelt, die auf dem Schiff verrichtet wird, ohne Treibstoff zu verbrauchen?
@Dove, ja, es ist möglich, Wärme integral in Arbeit umzuwandeln, aber die Motoren des Schiffes arbeiten zyklisch. Daher verbietet ihnen der zweite Hauptsatz, alle Wärme in Arbeit umzuwandeln.
Dove, es gibt eine große Menge "niedriger" Hitze, sowohl im Meer als auch in Gebieten wie Wüsten und sogar von Autobahnen. Ein großes Problem ist, dass wir normalerweise viel mehr Energie aufwenden würden, um all diese kostenlose Wärme zu sammeln, als die nützliche Arbeit, die sie leisten würde. Also konzentrieren wir uns zum Beispiel auf den Bau von Staudämmen, da die Flüsse und Seen die Sammlungsarbeit für uns erledigt haben.
Müssen Motoren immer getaktet arbeiten? Wenn wir irgendwie einen unendlichen Zylinder im Ozean hätten, der mit einem Kolben ausgestattet wäre. Und wenn wir diesen Kolben verwenden würden, um das Schiff von einem Ort zum anderen zu transportieren, indem wir Wärme aus dem Meer ziehen, würde das zweite Gesetz dann keine Einschränkung für ein solches Gerät mit sich bringen?
@Dove Sie könnten definitiv ein Schiff mit dem von Ihnen vorgeschlagenen nicht zyklischen Motor haben. Es müsste aber so groß sein, dass es machbar wäre.
@Dove "Müssen Motoren immer in Zyklen arbeiten?". Definiere "Motor". Eine Rakete funktioniert definitiv nicht in einem Zyklus. Einige Motoren arbeiten in einem "geschlossenen Kreislauf". Manche arbeiten in „offenen Kreisläufen“. Und einige arbeiten überhaupt nicht in Zyklen.

Dann lassen wir das Gas endlos expandieren und wandeln dabei fast seine gesamte Energie durch die mechanische Bewegung des Kolbens in Arbeit um.

Das Gas konnte sich nicht ewig ausdehnen, das ergibt leider keinen Sinn. (Auch ohne das Carnot-Engine-Beispiel). Der Rückhub des Kolbens komprimiert ihn und treibt ihn in Richtung des kalten Reservoirs.

einmal geschaffene Entropie muss das Universum für immer tragen oder mit anderen Worten, es kann nicht zerstört werden. Ich denke, das bedeutet, dass die Entropie nicht verringert werden kann. Was hat es dann von cc auf dd verringert?

Auf dem Weg von c nach d wurden Entropie und Energie auf das kalte Reservoir übertragen, um die Entropie des Arbeitsmediums so gering wie möglich zu halten, auf Kosten eines Energieverlusts, der dann dem Arbeitsmedium aus dem heißen Reservoir wieder zugeführt wird.

Irgendwann hört die Maschine auf zu arbeiten, da sich beide Reservoirs im thermischen Gleichgewicht befinden.

Wenn kein äußerer Druck auf den Kolben wirkt, muss sich das Gas für immer ausdehnen, da immer ein Druck ungleich Null vorhanden ist, der durch die Gleichung P= gegeben ist F R A C N R T , v und daher eine Aufwärtskraft ungleich Null auf den Kolben.
Aber für immer ist ein bisschen extrem, sowohl zeitlich als auch räumlich. Jedenfalls weiß ich, was du meinst. Ich denke, Sie haben eine gute Frage gestellt, da andere Leute dies wahrscheinlich geklärt haben möchten. +1
Es gibt kein Problem mit dem Prozess, den er vorschlägt, abgesehen davon, dass es sich um Zustände in PhysicLand-Begriffen handelt. Er kann einfach keine Version des zweiten Hauptsatzes verwenden, die auf einem Zyklus basiert, ohne einen Zyklus zu haben.
@dmckee Punkt genommen, danke, es hat von der Frage abgelenkt. Tut mir leid, Taube.

Zum Beispiel ist die Entropie von Elektronen, die sich zufällig bewegen, groß, aber wenn wir ein elektrisches Feld anlegen, beginnen Elektronen mit einer systematischen Bewegung und daher wird die Zufälligkeit verringert. Dann ist die Entropie nicht zerstört"

Ich glaube, du hast hier ein falsches Bild.

Wenn Elektronen nicht interagieren, ist ihre Anfangsgeschwindigkeit zufällig verteilt v 0 wird sich entwickeln als v 0 + Q E T , was auf die gleichen statistischen Eigenschaften wie die Anfangsverteilung zurückzuführen ist v 0 bleibt irgendwie erhalten. Die Unordnung wird nicht verändert, die Entropie ist konstant, was dem Feld entspricht, das der Verteilung nur Arbeit (und keine Wärme) liefert.

Wenn Sie loswerden wollen v 0 müssen die Elektronen miteinander oder mit einem umgebenden Gitter wechselwirken. In diesem Fall wird die durch das Feld bereitgestellte Energie umverteilt, was zu einer Erhöhung der Unordnung und der Entropie führt – typischerweise erreichen Teilchen einen thermischen Zustand mit höherer Temperatur.

Wie gilt der 2nd2nd2^\mathrm{nd} Hauptsatz der Thermodynamik?
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