Δήλωση Clausius του 2ου Νόμου
Η δήλωση Clausius του 2ου νόμου προβλέπει τη λειτουργία ενός ψυγείου σε μια κυκλική διαδικασία σε ένα μηχανικό σύστημα. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής έχει ορισμένες αδυναμίες. Για παράδειγμα, ο πρώτος νόμος δεν εξηγεί γιατί ορισμένες μηχανικές διεργασίες σε ένα κλειστό σύστημα αντιστρέφονται και συμβαίνουν μόνο προς μία κατεύθυνση. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής εξηγεί και αντιμετωπίζει τους περιορισμούς του πρώτου νόμου. Από αυτή την άποψη, η δήλωση Clausius του 2ου νόμου εξηγεί την έννοια της εργασίας που έχει γίνει και την αποτελεσματικότητα ενός ψυγείου. Το παρακάτω άρθρο παρέχει λεπτομερείς σημειώσεις της δήλωσης Clausius του 2ου νόμου.
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής ορίζεται για ένα σύστημα που υφίσταται μηχανική προσέγγιση. Ο πρώτος νόμος ορίζει ότι η ενέργεια που παράγεται σε ένα σύστημα μετά από έναν κύκλο διεργασιών μετατρέπεται σε θερμότητα. Επομένως, δεν χάνεται ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια μιας μηχανικής δραστηριότητας. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής αποδεικνύει και ικανοποιεί τον νόμο των εφαρμογών εξοικονόμησης ενέργειας.
Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας δίνει:- «Η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη, αλλά η συνολική ενέργεια ενός απομονωμένου συστήματος παραμένει σταθερή. Η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί.»
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής αντιμετωπίζει τις ελλείψεις και τους περιορισμούς του πρώτου νόμου. Ο δεύτερος νόμος ασχολείται με την απόδοση και το έργο των θερμικών μηχανών. περιορίζει επίσης τον συντελεστή ενός μηχανικού ψυγείου. Με άλλα λόγια, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής για μια θερμική μηχανή που λειτουργεί σε μια κυκλική διαδικασία δηλώνει ότι η συνολική απόδοση μιας θερμικής μηχανής δεν μπορεί να είναι μονάδα.
Ως εκ τούτου, ο νόμος υπονοεί ότι η θερμότητα που απελευθερώνεται στην ψυχρή δεξαμενή από τη θερμική μηχανή δεν είναι ποτέ ίση με το μηδέν. Και σε ένα μηχανικό ψυγείο, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δίνει ότι ο συντελεστής απόδοσης του ψυγείου δεν είναι ποτέ ίσος με άπειρο. Επομένως, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υπονοεί ότι η συνολική εξωτερική εργασία (W ) που γίνεται στο ψυγείο δεν είναι ίση με το μηδέν.
Δήλωση Clausius του 2ου Νόμου
Όπως οι δηλώσεις Kelvin και Planck, η δήλωση Clausius του 2ου νόμου αρνείται την πιθανότητα ενός τέλειου ψυγείου.
Η δήλωση του Clausius του 2ου νόμου δίνει:- "Καμία διαδικασία δεν είναι δυνατή, το μοναδικό αποτέλεσμα της οποίας είναι η μεταφορά θερμότητας από ένα πιο κρύο αντικείμενο σε ένα πιο ζεστό αντικείμενο."
Με άλλα λόγια, η δήλωση Clausius του 2ου νόμου δίνει ότι δεν είναι δυνατό τέτοιο σύστημα που να μπορεί να μεταφέρει θερμότητα από μια ψυχρότερη πηγή θερμότητας σε μια πηγή θερμότητας υψηλότερης θερμοκρασίας. Για μια τέτοια μεταφορά θερμότητας, απαιτείται μια πρόσθετη εξωτερική πηγή ενέργειας.
Η δήλωση Clausius του 2ου νόμου αποδεικνύει επίσης ότι η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε ένα σύστημα είναι μη αναστρέψιμη και συμβαίνει μόνο προς μία κατεύθυνση. Η θερμότητα μεταφέρεται από μόνη της από υψηλότερη σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Ωστόσο, απαιτείται μια πρόσθετη πηγή ενέργειας για τη μεταφορά θερμότητας από χαμηλότερη σε υψηλότερη θερμοκρασία.
Ψυγεία
Το ψυγείο είναι ένα σύστημα που ορίζεται ως το αντίστροφο σύστημα ενός θερμικού κινητήρα. Εδώ η ουσία εργασίας ή το καύσιμο του συστήματος αποκτά θερμότητα Q2 από την ψυχρή δεξαμενή ή πηγή θερμότητας σε θερμοκρασία T2. Σκεφτείτε ότι γίνεται κάποια εξωτερική εργασία W στο σύστημα και μια ποσότητα θερμότητας Q1 απελευθερώνεται στη θερμή δεξαμενή στη θερμοκρασία T1. Γνωρίζουμε ότι το Q2 είναι η ποσότητα θερμότητας που αποκτάται από την ψυχρή πηγή θερμότητας,
Έστω W η εργασία που γίνεται στο σύστημα του ψυκτικού μέσου. Από το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η θερμότητα που απελευθερώνεται στην πηγή θερμής θερμότητας δίνεται από,
Q1 =W + Q2
α =Q2 / (Q1 – Q2)
Πού,
α =ο συντελεστής απόδοσης του ψυγείου
α =Q2 / W
Ένα σύστημα ψυγείου δεν μπορεί να εκτελέσει εργασία από μόνο του. θα απαιτήσει μια πρόσθετη πηγή ενέργειας. Ομοίως, ένα σύστημα θερμικής μηχανής δεν μπορεί να μετατρέψει τη συνολική θερμότητα στη συνολική εργασία που έχει γίνει. Επομένως, ο συντελεστής απόδοσης (α) στην παραπάνω έκφραση δεν μπορεί να είναι άπειρος.
Συντελεστής απόδοσης
Η ουσία που λειτουργεί σε ένα ψυγείο είναι γενικά ένα αέριο. Σε μια κυκλική διαδικασία, η ουσία εργασίας περνά από τα ακόλουθα βήματα:
Το αέριο που ενεργεί ως η λειτουργική ουσία του συστήματος ξαφνικά διαστέλλεται και μετατρέπεται σε ένα μείγμα ατμού και υγρού.
Τα ψυχρά υγρά παρατηρούν θερμότητα και σχηματίζεται ατμός.
Η εξωτερική πηγή ενέργειας λειτουργεί στο σύστημα και ο ατμός θερμαίνεται.
Η θερμότητα απελευθερώνεται με τη μορφή ατμού στο περιβάλλον.
Η διαδικασία επαναλαμβάνεται.
Ο συντελεστής απόδοσης ενός συστήματος ψυγείου δίνεται ως εξής:-
α =Q2 / W.
Πρακτική χρήση της δήλωσης του Clausius
Οι κύριες εφαρμογές της δήλωσης του Clausius για τον 2ο νόμο φαίνονται σε συσκευές ψύξης. Συσκευές όπως ψύκτες, ψυγεία και κλιματιστικά βασίζονται στη δήλωση του Clausius για τον 2ο νόμο της θερμοδυναμικής.
Συμπέρασμα
Το ψυγείο ορίζεται ως ένα κλειστό μηχανικό σύστημα που λειτουργεί σε μια κυκλική διαδικασία και μεταφέρει θερμότητα από μια πηγή θερμότητας χαμηλότερης θερμοκρασίας σε μια πηγή θερμότητας υψηλότερης θερμοκρασίας. Η δήλωση Clausius του 2ου νόμου αντλεί μια δήλωση για την εργασία που έγινε στο ψυγείο. αυτή η δήλωση έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην καθημερινή μας ζωή. Η ιδέα είναι για τη λειτουργία διαφόρων ψυκτικών συσκευών που είναι ενσωματωμένες στην ψύξη. Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν ψύκτες, κλιματιστικά και ψυγεία. Το παραπάνω άρθρο εξετάζει τη δήλωση Clausius σχετικά με τη σημασία του 2ου νόμου της θερμοδυναμικής και την πρακτικότητά της.
