Circuler du chaud au froid: la deuxième loi de la thermodynamique

En physique, le deuxième loi de la thermodynamique dit que la chaleur coule naturellement d'un objet à une température supérieure à un objet à une température inférieure, et la chaleur ne circule pas dans la direction opposée de son propre gré.

La loi est certainement confirmée dans l'observation quotidienne - à quand remonte la dernière fois que vous avez remarqué un objet plus froid que son environnement moins un autre objet faisait une sorte de travail? Vous pouvez forcer la chaleur à écouler à partir d'un objet quand il serait naturellement couler dans si vous faites quelques travaux - comme les réfrigérateurs ou les climatiseurs - mais la chaleur ne va pas dans ce sens par lui-même.

Vous avez beaucoup de façons de transformer la chaleur en travail. Vous pouvez avoir une machine à vapeur, par exemple, qui a une chaudière et un ensemble de pistons, ou vous pouvez avoir un réacteur atomique qui génère de la vapeur surchauffée qui peut faire tourner une turbine.

Moteurs qui reposent sur une source de chaleur pour faire le travail sont appelés Moteurs de la chaleur vous pouvez voir le principe derrière un moteur thermique dans la figure précédente. Une source de chaleur fournit de la chaleur du moteur, qui fonctionne. La chaleur résiduelle qui reste va à un dissipateur de chaleur, qui a effectivement une capacité de chaleur infinie, car il peut prendre une telle grande quantité d'énergie thermique sans changer la température. Le dissipateur de chaleur pourrait être l'air environnant, ou ce pourrait être un radiateur rempli d'eau, par exemple. Tant que le dissipateur de chaleur est à une température inférieure à la source de chaleur, le moteur thermique peut faire le travail - au moins théoriquement.

La chaleur fournie par une source de chaleur reçoit le symbole Q_h (pour la source chaude), et de la chaleur envoyée à un dissipateur de chaleur est donné le symbole Q_c (pour le dissipateur de chaleur froide). Avec certains calculs, vous pouvez trouver l'efficacité d'un moteur thermique. L'efficacité est le rapport entre le travail du moteur fait, W, à la quantité d'entrée de chaleur - la fraction de l'entrée de la chaleur que le moteur convertit au travail:

Si le moteur convertit toute la chaleur d'entrée au travail, l'efficacité est de 1,0. Si aucune chaleur d'entrée est converti à travailler, l'efficacité est de 0,0. Souvent, l'efficacité est donnée en pourcentage, de sorte que vous exprimez ces valeurs que 100 pour cent et 0 pour cent.

Parce que l'énergie totale est conservée, la chaleur dans le moteur doit être égale au travail accompli, plus la chaleur envoyée au dissipateur de chaleur, ce qui signifie que Q_h = W + Q_c. Par conséquent, vous pouvez réécrire l'efficacité en termes de juste Q_h et Q_c:

Voici un exemple: Disons que vous avez un moteur thermique qui est de 78,0 pour cent efficace et qui produit

Peut-être cela est l'énergie produite par le moteur d'une voiture à partir de la combustion d'un plein de carburant. (Remarque: l'équivalent d'énergie de 1 gallon de gaz est d'environ 1,2 x10 ^ 8 J) Quelle quantité de chaleur ne l'utilisation du moteur, et combien faut-il rejeter? Eh bien, vous savez que

Résolution pour Q_h te donne

gauche sur et envoyé dans le dissipateur de chaleur, Q_c? Tu le sais Q_h = W + Q_c, et vous pouvez réorganiser le problème à résoudre pour Q_c:

Q_c = Q_h - W

Brancher les chiffres que vous donne

La quantité de chaleur envoyée au dissipateur de chaleur est