Bigarren Printzipioa eta Motore Termikoak

Bigarren Printzioaren Bestelako Adierazpenak

Bigarren printzipioak esaten digu zein prozezu fisiko gerta daitekeen naturan eta zein ez. Orain, bigarren printzipioaren laguntzarekin, sistema termodinamikoen eboluzioari buruzko emaitza oso garrantzitsu batzuk frogatuko ditugu. Ondorengo emaitza hauek lehen adierazi dugun bigarren printzipioaren erabat baliokideak dira, eta bigarren printzipioaren adierazpen alternatibotzat har daitezke.

Clausiusen Adierazpena

Ez dago prozesu fisiko posiblerik, zeinen efektu bakarra beroa tenperatura gutxiagoko foku batetik tenperatura handiagoko beste foku batera eramatea den. Demagun T eta T’ tenperaturetan dauzkagun bi foku. T tenperaturan dagoen fokutik T’ tenperaturan dagoen fokura Q bero kopurua pasatzen denean, entropia-aldaketa totala honako hau izango da: (delta)Stotala=(delta)ST’+(delta)ST=Q/T’+-Q/T Q>0 hartu da. T’ tenperaturan dagoen fokuak zurgatu duen beroa T tenperaturan dagoen fokuak eman diona da.

Kevin-Plancken Adierazpena

Ez dago prozesu fisiko posiblerik, zeinen efektu bakarra foku baten energia termikoa lan bilakatzen den. Suposa dezagun energia termikoa, Q bero kopurua alegia, atera dezakegula T tenperaturan dagoen foku batetik eta osorik lan mekaniko bilakatu, beste efekturik gabe. Entropia aldaketa prozesu honetan honako hau izango da: (delta)Stotala=(delta)ST=Qzurgatu/T=-Q/T<0 Q>0 hartu da hori ez da bateragarria termidinamikaren bigarren printzipioarekin.

Motore Termikoak eta Hozkailuak

Motore termiko bat, foku batetik beroa atera eta lan bilakatzen duen dispositibo bat da. Kelvin-Plancken addierazpenak, energia termikoa osorik ezin dela lan bilakatu esaten digu. Lan egiteko, gutxienez bi foku, T eta T´ tenperaturetan behar dira. Motore termikoen eskema hurrengo irudian dugu.

Motore baten funtzionamenduan, M sistema termodinamiko batek ziklikoki eboluzionatzen du, T eta T´ tenperaaturan dauden bi fokuekin kontaktuan egonda. Ziklo bakoitzean, sistemak Q bero kantitate bat zurgatzen du T tenperaturan (beroenetik) dagoen fokutik, bero honen zati bat lan bilakatzen du (W) eta Q´ bero kantitate bat T´ tenperaturan dagoen fokuari (hotzenari) ematen dio. Ziklo oso bat egin eta gero, sistema, berriz ere, hasierako oreka egoeran dago. Sistemaren barne-energia, egoera-funtzioa denez, ez da aldatu. Termodinamikaren lehenengo printzipioa aplikatuz, honako hau lortzen dugu: (delta)Umotor=Q-Q´-W=0 ondorioz, W=Q-Q´.

Baina fokueek energia termikoa galdu eta irabazi egin dute, eta beraz, euren egoera aldatu egin da. Oro har, motore baten etekin edo efizientzia definitzen da, egindako lana zati motoreak zurgatutako beroa: n=W/Q non Q, sistemak tenperatura handiagoko fokutik zurgatutako beroa den. Kelvin-Plancken termodinamikaren bigarren printzipioaren adierazpenak inplikatzen du motore termiko baten efizientzia beti dela bat baino txikiagoa. Motore termiko baten efizientzia beti dela bat baino txikiagoa. Motore termiko baten efizientziaren balio maximoa aurkitzeko termodinamikaren bigarren printzipioa erabil dezakegu.