Вечный двигатель второго рода

В XVIII веке широкое распространение получили паровые машины и механизмы. Часть физики, которая пыталась объяснить их работу и построить общие закономерности создания тепловых машин, стала называться термодинамикой. Закон сохранения энергии стали также именовать первым началом термодинамики. Вечные двигатели, принципы работы которых противоречили первому началу термодинамики, стали называть вечными двигателями первого рода.

Но существовала и другая общая идея вечного двигателя, которая не противоречила закону сохранения энергии. Было известно, что работа в двигателях совершается, когда горячее тело отдает тепло газу или пару и пар совершает работу, например, двигая поршень. Огромная тепловая энергия сосредоточена, допустим, в океане. Если отбирать у океана энергию за счет понижения его температуры, то этой энергии хватит на то, чтобы, например, поддерживать работу корабельного двигателя или создавать в море электростанции.

Однако оказалось, что никак не удается сделать так, чтобы энергия от более холодного тела перешла к более горячему. А ведь для создания вечного двигателя необходимо, чтобы при этом еще и совершалась работа.

В результате развития термодинамики, основываясь на работах Сади Карно, Рудольф Клаузиус показал, что, невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым. При этом невозможен не только непосредственный переход — его невозможно осуществить и с помощью машин или приборов без того, чтобы в природе не произошло еще каких-либо изменений.

Уильям Томсон (лорд Кельвин) сформулировал принцип невозможности вечного двигателя второго рода (1851 г.), поскольку в природе невозможны процессы, единственным следствием которых была бы механическая работа, произведённая за счет охлаждения теплового резервуара.

Когда была создана статистическая термодинамика, которая основывалась на молекулярных представлениях, второе начало термодинамики нашло свое объяснение. Оказалось, что переход тепла от холодного тела к более горячему в принципе возможен, но это уничтожающе маловероятное событие. А в природе реализуются наиболее вероятные события.

Далее: Вечный двигатель «третьего рода»


4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)

  • injener  | 04.06.2009 | 11:16 Ответить
    ПОЛНОЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОАНИЕ ВОЗМОЖНО ЛИШЬ
    В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ВТОРОГО РОДА !
    Вечных двигателей не бывает, это моё твёрдое убеждение. Но не существует и запрета на преобразование энергии с кпд близким к 100%, по крайней мере, на современном уровне, этого ещё, ни кто не доказал. В пользу сказанного, говорят практически достигнутые результаты по преобразованиям механической энергии в механическую же энергию, или же электромеханические преобразования. Достигнутые, в них, на сегодня кпд порядка 97-98% , давно должны были насторожить современных учёных и заставить их усомниться в, декларируемой Карно, ущербности термодинамических преобразований. Жалкая попытка научного обоснования получающегося низкого кпд , так называемых тепловых двигателей, теплородиста Карно, антинаучна в своих основах. Более того, в описании своего знаменитого цикла, Карно допускает, несколько, противоречащих самому себе выводов и противоречащих здравому смыслу умозаключений. Может быть причина низкого кпд, при термодинамических преобразованиях энергии, заключается в несовершенстве выбранного способа? Был ведь период времени, к примеру, когда лампы накаливания считались пределом совершенства, теперь же , когда мы чуточку разобрались в физике преобразования химической, электрической, электромагнитной энергии в эл.магнитное излучение видимого(и не только) спектра, появились лазеры, светодиоды, а эл.лампы накаливания уже сами стали полным отстоем в своей области. Может быть нам хотя бы усомниться во всемогуществе термодинамики? Ведь, до настоящего времени, человечество применяло, практически, лишь один единственный способ, способ перепада давлений. Он использован во всех двигателях от паровозного до ракетного, в доказательство сказанного могу предложить, сомневающимся, обеспечить подачу в рабочие камеры всех, известных двигателей, обыкновенного сжатого воздуха, с параметрами давлений рабочего тела и они будут работать. Но не будем забегать вперёд, рассмотрим всё по порядку. На сегодня мы имеем три основных интерпретации второго начала термодинамики:
    1.Не возможен процесс, при котором теплота, переходила бы самопроизвольно, от тел более холодных к телам более нагретым. Р. Клаузиус(1850)
    2.Невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара. У.Томпсон (Кельвин)(1851).
    3.Энтропия как функция беспорядка, в замкнутых системах может только возрастать.

    1.Рассмотрим первую формулировку. Начнем с понятия 'теплота', как видим оно применено как имя существительное, с явно сопутствующими вещественными свойствами, всё как понимал и завещал Карно. С таким наследием мы переходим в третье тысячелетие???
    Общепризнано атомно-молекулярное строение материи. Разработана и почитаема молекулярно-кинетическая теория. МКТ объясняет тепловые явления как проявление кинетической энергии хаотического движения молекул. НЕТ теплорода, тепла, теплоты. Нет и тепловой энергии вне молекул. Есть кинетическая энергия молекул как мера движения молекул. Материальны сами молекулы и их движение. Именно вещественность тепла, теплоты, провозглашенная Карно, требует определения направления ее перемещения. В МКТ превалирующая энергия молекул с высокотемпературных участков распространяется на низкотемпературные участки пространства. Теплообмена не существует, как и тепла. Не ясна цель моих высказываний? Воздух из поврежденной автомобильной камеры самопроизвольно распространится в окружающее пространство, но автомобильная камера не может самопроизвольно накачаться воздухом окружающей среды. И ни какого 'пневмообмена'. Это неоспоримо, это 'ежу понятно'. Заметьте, безо всякого 'второго начала пневматики', а всё потому, что нам не затуманили голову 'вещественным пневмородом', а дали физику возникновения давления газа без идеалистического искажения.
    Превалирующая энергия молекул области пространства распространяется, рассеивается, в области ее относительного недостатка. НЕ теплообмен, ни в коем случае! Областям с недостатком отдавать нечего, они принимают избыток энергии молекул распространяющийся из областей с превалирующей энергией. Когда мы уясним, что нет теплоты, нет и теплообмена, станет явной никчемность этой формулировки второго начала. Но самое главное, мы только с этого момента освободимся от теплородного наследия термодинамики, вещественности теплоты.
    Для этого не нужны знания 'высоких материй', нужно лишь последовательно во всём разобраться, сопоставлением всех аргументов, раз и навсегда и никогда не возвращаясь к ранее отвергнутому. Как, например, поступили с геоцентрической моделью вселенной. У нас же получилось примерно так: 'земля на трёх китах это глупость:.это вселенная, с её галактиками, она точно на трёх китах'.
    Резюме этому рассуждению: указанная формулировка второго начала, дана теплородистами для выхода из тупиковой ситуации, куда их завела вещественность тепла и теплоты. Для МКТ это 'пятое колесо' и нужно не более чем выше описанный закон пневматики.

    2. Вторую формулировку считают аналогом первой. Позвольте не согласиться. То, что нарушение 'постулированного направления движения теплоты', позволило бы создать в.д. второго рода это логично. Но на каком основании мы утверждаем, что если не нарушить этого постулата то в.д. второго рода не создать, лично для меня огромная загадка. Предположим, что невозможность полного преобразования мы найдём в постулатах и цикле Карно. Пробежимся указочкой по строкам описания цикла Карно. Небольшое авторское пояснение, несмотря на то, что я в принципе не приемлю теплородистких, тепло вещественных позиций, а именно из них сложено всё описание, я тем не менее беру без каких либо изменений первоисточное изложение.
    'Карно цикл, обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту).'
    Теплота не вещественна, поэтому я бы предложил говорить о следующем. Термодинамическое преобразование энергии это процесс превращения кинетической энергии молекул рабочего тела(р.т.), в кинетическую энергию движущихся частей машины или наоборот.
    'Р.т. последовательно находится в тепловом контакте с двумя тепловыми резервуарами(имеющими постоянные темп-ры) - нагревателем(с темп-рой Т1) и холодильником (с темп-рой Т 2 < T1). Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом определённого кол-ва теплоты от нагревателя к холодильнику.'
    Ничего ни куда не переносится, не обязательны ни тепловые контакты, ни разность температур. Для совершения термодинамического преобразования сразу обозначим, первого рода, т.е. единственного его вида применённого во всех известных ныне, так называемых, тепловых двигателях, необходимым условием является наличие разности давлений р.т. между рабочей зоной и зоной сброса р.т. Достаточными условиями является: а) перепад давления должен соответствовать возникающей результирующей, величина которой должна быть больше или равна величины противодействующих сил сопротивления, в числе которых - снимаемое усилие; б) принимающее энергию тело (поршень, ротор турбины или масса самой ракеты) должно находиться в движении. Это всё!
    Вы возразите, как же? Двигатель то, тепловой. Во-первых, из выше сказанного следует, что он в первую очередь пневматический. Нагрев р.т. используется лишь для создания превалирующего давления р.т. и является, наиболее эффективным методом его создания. Подайте вместо р.т. сжатый воздух и любой известный 'тепловой двигатель' будет работать. Декомпрессия остановит любой 'тепловой двигатель'. Кто-либо пытался проанализировать этот факт? Если в цилиндре с поршнем, р.т. будет иметь давление 1атм, то поршень не шелохнется в среде выброса с давлением 1атм, даже если температура р.т. внутри него будет больше15000. И наоборот, если температура в цилиндре будет равна температуре атмосферы, но давление р.т. будет удовлетворять сформулированному необходимому и достаточным условиям, то поршень будет выдвигаться и процесс т.д. преобразования происходить. Этот вывод вообще следует из элементарной формулы действующих на поршень сил, со стороны р.т. и со стороны атмосферы: F = Fр.т.- Fатм. = Pр.т.*Sпоршня - Pатм.*S поршня = Sпоршня ( Pр.т. -Pатм.).
    Где вы видите прямую зависимость сил от температуры?
    Перейдём к просмотру самого цикла:
    'Р.т. (например пар в цилиндре под поршнем) при температуре Т1 приводится в соприкосновение с нагревателем и изотермически получает от него кол-во теплоты &#948;Q1 (при этом пар расширяется и совершает работу) , этому соответствует отрезок изотермы АВ.'
    Вы не забыли температуру этого нагревателя? Вернитесь наверх - Т1, так и есть. И как Вы собрались передавать теплоту от нагревателя с температурой Т1 рабочему телу с Т1? Не могу не сделать 'лирического отступления', ибо меня часто упрекают в непочтительном отношении к Карно, поэтому хочу внести ясность в этом вопросе. Это предложение человека с планеты 'Ниберу'? Землянам, допускающим такой процесс, я предлагаю, с чайником воды, имеющим температуру 1000С, войти в сауну с температурой 1000С. Как закипит, звоните, я прилечу с 1*106баксов, для торжественного вручения Вам. Я бы хотел посмотреть, вживую, на землянина обогревающего свое жилище с Т=200, радиаторами с Т=200, звоните, доставьте удовольствие. Кстати, не забывайте, процесс этого квазистатического изотермического преобразования применён светилами науки в двигателях! Не забыли сколько оборотов совершают двигатели в секунду? Я напоминаю для укрепления вашей уверенности в выборе квазистатических процессов для описания их работы. Но это не всё, это всего лишь здравый смысл. На самом деле всё ещё хуже, Карно...
    Ответить
  • abah  | 07.10.2011 | 14:26 Ответить
    2-й закон термодинамики абсолютно верен. Нельзя нарушить его, используя термодинамические системы. Это как Архимед попытался бы опрокинуть Землю, стоя на её поверхности. Недаром он говорил "Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!" Конечно, точка опоры должна была лежать где-то вне Земли. Уже сейчас известны системы, где термодинамика не работает.
    В микромире флуктуации давлений и скоростей молекул достигают вполне ощутимых величин. По мере снижения размеров микросхем, эти флуктуации играют всё большее значение. Всем известны тепловые шумы в усилителях. Все знают про броуновское движение. И вот в 2011 году появляется сообщение, что фирма Hitachi сделала преобразователь микроколебаний воздуха в электричество. Мощность - микроватты на см2, но по мере снижения размеров элементов (а это происходит с неотвратимостью течения времени) возможно построение достаточно мощных источников энергии. Энергия черпается не от какого-то ограниченного источника, а из объёма. Поэтому возможно наращивание количества преобразователей не только по плоскости, но и в 3-м измерении.
    В области капиллярных явлений давно известна зависимость теплоты фазового перехода от кривизны границы раздела фаз. При одной и той же температуре капля на несмачивающейся поверхности испаряется, а пар в узких капиллярах конденсируется. Подобное явление невозможно нанести на плоскую диаграмму p-V, требуется третья координата. Это явление позволяет построить простой двигатель, который будет совершать полезную работу при единой температуре. Помимо полезной работы машина будет создавать (в качестве побочного явления) повышенную температуру в зоне конденсации и пониженную - в зоне испарения жидкости. Нужную кривизну жидкой поверхности легко создать за счёт давления. Затраты на подкачку жидкости в сотни раз меньше энергии, получаемой из движения газовой фазы.
    Ответить
  • mvs  | 27.07.2013 | 19:50 Ответить
    Мнение статистической физики, в лице академика Л.Ландау по вопросу Второго начала термодинамики :
    1. Отрицание принципа абсолютной необратимости, запрещающего эндотермический цикл. Ландау: «...механика сама по себе полностью симметрична по отношению к обоим направлениям времени… такая симметрия должна сохраниться и в основанной на классической механике статистике. Поэтому, если возможен... процесс, сопровождающийся возрастанием энтропии замкнутой макроскопической системы, то должен быть возможен и обратный процесс, при котором энтропия системы убывает».
    2. Отрицание единственности значения максимальной работы по Клаузиусу: А = Q1(1 – Т2/Т1). Ландау: «Наличие [окружающей] среды, тоже участвующей в процессе, делает результат неоднозначным, и возникает вопрос о том, какова максимальная работа, которую может произвести тело при данном изменении его состояния»...: L = – ∆(H – TоS).
    3. Отрицание формулировки ррm-2 в редакции Кельвина (1851) и Оствальда (1893): (Невозможен вечный двигатель 2-го рода, т.е. работающий за счёт охлаждения равновесной окружающей среды).
    Ландау, выбирает формулировку Карно: «Двигатель, работающий только за счёт энергии находящихся в тепловом равновесии тел, был бы для практики своего рода «вечным двигателем. Второй закон термодинамики исключает возможность построения такого... вечного двигателя 2-го рода».
    Ответить
  • mvs  | 27.07.2013 | 19:52 Ответить
    В теплоэнергетике составляющей 80% всей энергетики, возможно присутствие трех разнотипных циклов. Это: изотермический цикл, экзотермический (топливный, «горячий») цикл и эндотермический (самоохлаждающийся, бестопливный) цикл.
    Изотермический цикл был запрещен для получения эксергии С.Карно (1824), эндотермический был запрещён лордом Кельвином (1851), и разрешённым остался только топливный экзотермический цикл. Этот цикл самый опасный, он и ответственен за все кризисы: экологический, экономический и энергетический.
    Мною был открыт и изобретён для возможного использования эндотермический бестопливный цикл. Цикл позволяет использовать солнечную энергию, концентрированную в Гидросфере и Атмосфере. Суть изобретения, в разработке технологической схемы цикла.
    Доказательством открытия является решение уравнения Гиббса-Гельмгольца для эксергии (Æ) термомеханических систем: Æi = Н– – TоΔS i = Q1 + Tо(∂Æi/∂T)р.
    Корнями уравнения, являются эксергия для различных циклов:
    • Æ1 = Н– – Tо(∂Æ/∂T)р = Q1 – Q0, – экзотермический цикл Карно;
    • Æ2 = Н– + Tо(∂Æ/∂T)р = Q1 + Q0, – цикл 2 Ландау, суммарный цикл;
    • Æ3 = Н– = Q1, – цикл 1 Ландау, суммарный цикл;
    • Æ4 = Qо + Qо = 2Qо, – цикл эксергетического насоса (ЭНУ), эндотермический цикл;
    • Æ5 = 2Qо + (– Qо), – цикл эксергетического холодильника (ЭХУ), эндотермический цикл.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»