2740389839

185

Wykład z fizyki, Piolr Posmykiewicz

Sformułowania drugiej		Grzejnica	o temperaturze Ti
zasady termodynamiki w		150 J			100 J
oparciu o silnik cieplny i	f j			Hf-		'ł
lodówkę na pozór brzmią	1 1	^|"50J	! jaMMi	1 1		1
różnie, ale w zasadzie są	V.	BP U Zwykła	■--j — -^Idealna	Aa		1
			/ lodówka
równoważne. Możemy to		100 J lodówka	Silnik idealny		100 J
udowodnić pokazując, że		Chłodnica o	temperaturze T2
jeżeli jedno sformułowanie		(a)	(«		(C)
		Rysunek 15-6
przyjąć jako nieprawdziwe,

to i drugie sformułowanie musi być fałszywe. Zastosujemy przykład liczbowy pokazujący, że jeżeli sformułowanie o silniku cieplnym jest fałszywe, to i sformułowanie dotyczące lodówki jest nieprawdziwe.

Rysunek 15-6a przedstawia zwykłą lodówkę, która zużywa 50J pracy, aby usunąć 100J energii z chłodnego zbiornika i przekazać 150J energii do zbiornika ciepła. Gdyby twierdzenie o silniku cieplnym nie było prawdziwe, to idealny silnik cieplny pobierałby z grzejnicy ciepło i całkowicie przekształcał je w pracę ze 100% sprawnością. Moglibyśmy użyć idealnego silnika cieplnego do usunięcia 50J ciepła z grzejnicy i zamianę go na 50J pracy (Rysunek 15-6b). Następnie używając doskonałego silnika cieplnego w połączeniu ze zwykłą lodówką, moglibyśmy zbudować idealną lodówkę, która przekazywałaby 100J ciepła z chłodnicy do grzejnicy, bez wykonania pracy (Rysunek 15-6c). To narusza jednak sformułowanie drugie zasady termodynamiki w oparciu o zasadę działania lodówki. W rezultacie, jeżeli sformułowanie dotyczące maszyny cieplnej jest fałszywe, to również sformułowanie dotyczące lodówki też jest nieprawdziwe. Podobnie, jeżeli by istniała doskonała lodówka, to mogła by w połączeniu ze zwykłym silnikiem cieplnym posłużyć do konstrukcji idealnego silnika cieplnego. A zatem, jeżeli sformułowanie o lodówce jest fałszywe, to również fałszywe jest sformułowanie o silniku cieplnym. Z tego wynika, że jeżeli jedno z tych sformułowań jest prawdziwe, to drugie również musi być prawdziwe. Dlatego oba sformułowania są ekwiwalentne.

14-4 Silnik Carnota.

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki niemożliwe jest, aby silnik cieplny pracujący między dwoma zbiornikami ciepła miał 100% wydajności. Jaka, w takim razie, sprawność jest