Perpetuum mobile – teorija


Perpetuum mobile, zakoni termodinamike,

statistička priroda drugog zakona termodinamike i entropija sustava

1. Što bi bio perpetuum mobile prve vrste? Koji ga zakon zabranjuje?

Perpetuum mobile prve vrste

-definiramo kao stroj koji bi obavljao rad bez uzimanja topline (bez utroška energije).

U kružnom procesu plin se vraća u početno stanje, što znači da se unutarnja energija ne mijenja (ΔU=0). Budući da stroj ne uzima toplinu iz okoline Q=0.

Prema prvom zakonu termodinamike za perpetuum mobile glasi ova jednadžba:

0=0+W

W=0

Perpetuum mobile prve vrste nije moguć jer ga zabranjuje prvi zakon termodinamike.

2. Što bi bio perpetuum mobile druge vrste? Može li on postojati prema prvom zakonu termodinamike?

Perpetuum mobile druge vrste

Iz izraza clip_image002 vidimo da je korisnonst stroja veća što je toplina predana hladnijem spremniku manja. Iz toga razloga željelo se napraviti stroj koji će svu primljenu toplinu pretvoriti u mehanički rad. To nije moguće. Ako radno sredstvo ne bi predalo toplinu hladnijem spremniku, ono bi se trebalo vratiti u početno stanje po istoj adijabati po kojoj se širilo obavljajući rad. Površina određena tim dvjema adijabatama je jednaka nuli. To znači da je rad stroja jednak nuli.

Drugi zakon termodinamike isključuje perpetuum mobile druge vrste.

Prvi zakon termodinamike uključuje perpetuum mobile druge vrste.

3. Zašto unutarnju energiju pohranjenu u oceanima ne možemo pretvarati u mehanički rad?

Zato što su oceani ogromni sustavi u kojima nije moguć spontani proces zagrijavanja toplijeg tijela na račun hlađenja hladnijeg tijela.

4. Koje stanje sustava nazivamo ravnotežnim?

Ravnotežno stanje sustava je stanje u kojemu svi dijelovi sustava imaju ne samo jednaku temperaturu već tlakove i neke druge veličine.

5. Može li sustav iz ravnotežnog stanja spontano prijeći u neravnotežno stanje?

Ne može, zato što jednom kada se ostvari ravnoteža sustava pri kojoj slijede jednosmjerni procesi, a sustav je zatvoren, ravnotežno stanje je konačno.

Statistička priroda drugog zakona termodinamike i entropija

Kao naše područje promatranja uzeli smo sustav (posudu) u kojemu se nalaze četiri čestice plina. Nas zanima koje su vjerojatnosti raspodjele čestica plina nakon što protresemo sustav. Na najviše je načina ostvarivo ono stanje sustava kod kojeg je u polovicama posude podjednako mnogo molekula, dakle po dvije molekule plina u svakoj polovici. To je ravnotežno stanje i ono je najvjerojatnije. Ono stanje kod kojega su sve čestice plina u samo jednoj polovici posude je ostvarivo na samo jedan način. To stanje je najrjeđe, a ono stanje kod kojega je samo jedna molekula u jednoj polovici posude a ostale u drugoj polovici posude je nešto manje rjeđe. Broj načina kojima se može ostvariti neko stanje računamo po formuli: clip_image004

NA je broj molekula u jednoj polovici posude, NB je broj molekula u drugoj polovici posude, a N je ukupan broj molekula u posudi. Veličina N! („en faktorijela“) predstavlja umnožak svih cijelih brojeva od 1 do N.

1. Što znači da je drugi zakon termodinamike statističke prirode?

Drugi zakon termodinamike statističke je prirode jer podliježe zakonitostima statistike. Primjerice, ravnotežno stanje plina u sustavu je najizglednije kada se unutar sustava nalazi velik broj molekula plina, prema statistici u najvećem broju slučajeva plin se dovodi u ravnotežno stanje.

Entropija (S) je veličina kojom iskazujemo stanje sustava u odnosu na broj načina(W) na koje se može ostvariti neko stanje sustava. Što je više načina moguće to je entropija veća. Entropiju definiramo izrazom clip_image006 , gdje je clip_image008 Boltzmannova konstanta i clip_image010 oznaka za prirodni logaritam. Entropija je najveća kada je sustav u najnevjerojatnijem stanju. Za promjenu entropije sustava također vrijedi izraz: clip_image012 .

2. U toplinski izoliranoj posudi nalaze se topla i hladna voda međusobno odijeljene pregradom. Hoće li se nakon uklanjanja pregrade i miješanja tople i hladne vode entropija povećavati, smanjivati ili se neće mijenjati?

Entropija sustava će se povećavati sve dok sustava ne uspostavi ravnotežno stanje. Tada će entropija imati najveću vrijednost.

Statistička priroda drugog zakona termodinamike i entropija sustava zajedno čine nemilosrdnu kombinaciju. Tako zajedno čine vrlo ubojito oružje, jer prema tim zakonitostima jednoga dana više neće postojati svemir kakvog poznajemo. Sva materija će jednoga dana stati jer će izgubiti svu kinetičku energiju, svemir će se dovesti u ravnotežno stanje baš kao i posuda sa tekućinama različite temperature, entropija će ostvariti maksimum i svemirom će zavladati kaos. Jedini fenomen koji ne podliježe drugom zakonu termodinamike i utječe na ishod entropije svemira su biološki organizmi. Kako je moguće da su spontano nastali biološki strojevi koji svjesno sami sebi stvaraju slične strukture u svemiru? Ljudska bića su uistinu iznimka drugom zakonu termodinamike, no u limesu beskonačnosti i naspram nemilosrdnosti statistike, gube bitku. Ili ipak ne?

2 comments

  1. ada kobra · Siječanj 27, 2012

    Lijepo ispričano ali … zar toplotne pumpe ne daju više korisne energije- topline od eložene električne energije? Nije li to perpetuum mobile? Energetska efikasnost ili koeficijent korisnog dejstva preko 300%?
    Pozzz

  2. croknight925 · Siječanj 27, 2012

    teoretski da, no do danas još uvijek ne postoji stroj sa većom energetskom efikasnosti većom od 95% (elektromotor).

Odgovori

Popunite niže tražene podatke ili kliknite na neku od ikona za prijavu:

WordPress.com Logo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš WordPress.com račun. Odjava / Izmijeni )

Twitter picture

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Twitter račun. Odjava / Izmijeni )

Facebook slika

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Facebook račun. Odjava / Izmijeni )

Google+ photo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Google+ račun. Odjava / Izmijeni )

Spajanje na %s