Que flui do quente para o frio: A Segunda Lei da Termodinâmica

Na física, o segunda lei da termodinâmica diz que o calor flui naturalmente de um objeto a uma temperatura superior a um objecto a uma temperatura mais baixa, eo calor não flui na direção oposta de seu próprio acordo.

A lei é certamente confirmado na observação diária - quando foi a última vez que você notou um objeto ficando mais frio do que os seus arredores, a menos que outro objeto estava fazendo algum tipo de trabalho? Você pode forçar o calor flua longe de um objeto quando ele seria naturalmente fluir para ele se você fizer algum trabalho - como acontece com refrigeradores ou condicionadores de ar - mas o calor não vai nesse sentido por si só.

Você tem muitas maneiras de transformar calor em trabalho. Você pode ter um motor a vapor, por exemplo, que tem uma caldeira e um conjunto de pistões, ou você pode ter um reator atômico que gera vapor superaquecido que pode girar uma turbina.

Motores que dependem de uma fonte de calor para fazer o trabalho são chamados engines- calor você pode ver o princípio por trás de um motor térmico na figura anterior. Uma fonte de calor fornece calor para o motor, que faz o trabalho. O calor residual sobra vai para um dissipador de calor, o que efetivamente tem uma capacidade de calor infinito, porque pode levar uma quantidade tão grande de energia térmica sem alterar a temperatura. O dissipador de calor pode ser o ar circundante, ou pode ser um radiador cheio de água, por exemplo. Contanto que o dissipador de calor está a uma temperatura mais baixa do que a fonte de calor, o motor de calor pode fazer o trabalho - pelo menos teoricamente.

O calor fornecido por uma fonte de calor é dado o símbolo Q_h(Para a fonte quente), calor e enviado para um dissipador de calor é dado o símbolo Q_c (Para o dissipador de calor frio). Com alguns cálculos, você pode encontrar a eficiência de um motor térmico. A eficiência é a relação entre o trabalho do motor faz, W, para a quantidade de entrada de calor - a fracção do calor de entrada que converte o motor a trabalhar:

Se o motor converte todo o calor de entrada para trabalhar, a eficiência é de 1,0. Se nenhuma entrada de calor é convertido em trabalho, a eficiência é 0,0. Muitas vezes, a eficiência é dada como uma porcentagem, para que expressar esses valores como 100 por cento e 0 por cento.

Porque a energia total é conservada, o calor dentro do motor deve ser igual ao trabalho feito, mais o calor enviado para o dissipador de calor, o que significa que Q_h = W + Q_c. Portanto, você pode reescrever a eficiência em termos de apenas Q_he Q_c:

Aqui está um exemplo: Digamos que você tem um motor de calor que é 78,0 por cento eficiente e que produz

Talvez seja esta a energia produzida pelo motor de um veículo a partir de queima de um tanque de combustível. (Nota: a energia equivalente a 1 litro de gasolina é cerca de 1,2 x10 ^ 8 J) Quanto calor é que o uso do motor, e quanto é que rejeitam? Bem, você sabe que

resolvendo para Q_h da-te

sobra e enviou ao dissipador de calor, Q_c? Você sabe disso Q_h = W + Q_c, e você pode reorganizar o problema para resolver Q_c:

Q_c = Q_h - W

Ligar os números dá-lhe

A quantidade de calor enviado para o dissipador de calor é