Вечный двигатель

[Stensen]

Всем доброго времени суток. Помогите разобраться в понятиях.
Вечный двигатель 2-го рода - это циклический двигатель, в котором получаемое из внешней среды тепло полностью преобразуется в полезную работу. Из 1-го закона термодинамики для $\Delta U = 0$ получим: $A=Q_{heat}$ , при этом вечность понимается в смысле того периода пока существует ненулевая температура резервуара нагревателя. Обычно в пример приводится мировой океан. Но можно внешним источником тепла считать, например, солнце и питать солнечную батарею. В этом случае вся $Q_{heat}$ пойдет на совершение работы, вращение электродвигателя, например. Можно ли такой двигатель считать вечным 2-го рода? Или определение дается только для теплового и циклического?

[Stensen]

P.S. В фотоэлементе разность потенциалов появляется за счет генерации пар электрон-дырка, которая возникает при получении световой энергии фотонов от солнца. А что в этом случае можно считать аналогом Охладителя $Q_x$ ?

[iifat]

Stensen в сообщении #1557065 писал(а):

вечность понимается в смысле того периода пока существует ненулевая температура резервуара нагревателя

Не изучал вопрос, но странная какая-то вечность. Эдак я подниму камень, привяжу к нему верёвку, которая будет раскручивать маховик и обзову эту конструкцию вечным двигателем. Понимая под вечностью время, пока камень не достишнет земли.

[Stensen]

iifat в сообщении #1557086 писал(а):

Странная какая-то вечность. Эдак я подниму камень, привяжу к нему верёвку, которая будет раскручивать маховик и обзову эту конструкцию вечным двигателем. Понимая под вечностью время, пока камень не достигнет земли.

Если правильно понимаю, то вечный двигатель, работающий за счет отбора теплоты от океана, приводимый в примерах в учебнике, фактически получает тепло от солнца и земли через океанскую воду, пока они нагревают океан. Если все это потухнет, то и от океана ничего не возьмешь.
Вечность здесь понимается в человеческой вечности. Нет смысла строить двигатель, который работает более периода жизни Солнца, если не считать, что человек заберет этот движок с собой, когда будет покидать Землю.

[Pphantom]

Stensen в сообщении #1557065 писал(а):

В этом случае вся $Q_{heat}$ пойдет на совершение работы, вращение электродвигателя, например.

И почему вы так решили?

Что касается лингвистической части вопроса, то да - название "вечный" не слишком удачно, однако уже не меньше полутысячелетия используется просто как устоявшийся термин.

[sergey zhukov]

Stensen
Энергия в замкнутой системе сохраняется (первый закон термодинамики) и рассеивается (второй закон термодинамики).

Большинство проектов вечного двигателя должны по замыслу конструктора нарушать первый закон, т.е. добывать энергию из ничего (вечные двигатели 1-ого рода). Сейчас каждому довольно очевидно, что это безнадежно.

Есть так же проекты двигателей, которые должны просто концентрировать энергию, т.е. нарушать второй закон. Их называют вечными двигателями 2-ого рода. Они, конечно, не вечные, и их невозможность поэтому гораздо менее очевидна. Мы привыкли к тому, что преобразование энергии - самое обычное дело, так почему бы кинетическая энергия микрочастиц не может преобразоваться в кинетическую энергию макроскопических тел? Вроде бы никаких логических препятствий этому не видно. Невозможность вечного двигателя 1-ого рода сейчас мало у кого вызывает недоверие, а вот невозможность вечного двигателя 2-ого рода многим кажется сомнительной. Вообще, второй закон термодинамики кажется менее фундаментальным, чем первый.

Насчет солнечных батарей - разве их КПД 100%? Часть светового потока просто их нагревает, и их нужно охлаждать.

[chislo_avogadro]

Stensen в сообщении #1557065 писал(а):

в пример приводится мировой океан. Но можно внешним источником тепла считать, например, солнце

Нельзя так считать, тут есть принципиальная разница. В первом случае температура всюду одинакова, во втором нет. Вот если батарея будет размещена на Солнце и удастся произвести электричество (и, допустим, отправить его на Землю) - тогда да, будет нарушение второго начала.

Температура излучения Солнца, грубо, шесть тысяч градусов. Земля получает это излучение и отдаёт энергию, излучая при трёхстах градусах. За счёт этого понижается её энтропия. Наличие нагревателя и холодильника здесь очевидно.

[Stensen]

Всем спасибо. Пока понятно

[Евгений Машеров]

АФАИК цикличность не обязательна. Принципиально преобразование тепла в иную форму энергии без перетекания от горячего к холодному. Горячее остывает, а ничего не нагревается. При этом в силу закона сохранения энергии полученная энергия, которая рано или поздно перейдёт в тепло, может быть направлена на подогрев источника тепла, так что получается вечность

(Оффтоп)

(та самая, которую Каю поручили сложить из букв "Ж", "П", "О", "А")

Поэтому он тоже "вечный двигатель", с уточнением "второго рода", якобы не нарушая закон сохранения энергии.
При этом есть "мягкая форма" ВД-2, тепловой двигатель с К.П.Д. выше, чем у цикла Карно. Он, по-видимости, ничего не нарушает, но если соединить его с холодильником, работающим по циклу Карно, то ВД-2 встаёт в полный рост. Но попытки создать такой двигатель предпринимали не одни абсолютные фрики, а люди со степенями и инженерными заслугами, но, разумеется, безуспешно. Пытались, например, ввести в цикл теплового двигателя химическое превращение ($2NO_2\rightarrow N_2O_4$, например), полагая, что "выходят за ограничения Карно", даже подтверждая расчётами, в которых затем неизменно обнаруживались ошибки. Время от времени появляются сенсационные статьи, но отчего-то до "железа" не доходят. Рептилоиды мутят, должно быть.

[SNS2D]

Евгений Машеров в сообщении #1557607 писал(а):

АФАИК цикличность не обязательна.

Цикличность существенна. Подробное обсуждение и контрпример см. в Сивухин-2, $\S$28.

[sergey zhukov]

Евгений Машеров
В мире ВД2 потраченную энергию можно запросто собрать назад и потратить еще раз. И так сколько угодно раз. В этом мире энергия становится не бесконечной, а многоразовой.

[Евгений Машеров]

SNS2D в сообщении #1557612 писал(а):

Цикличность существенна. Подробное обсуждение и контрпример см. в Сивухин-2, $\S$28.

Я возражаю не против понятия, а против выбранного термина. По смыслу тут этим кратким словом заменяется "вырабатываемая поглощением тепла извне энергия не требует необратимого изменения состояния машины, позволяя повторить работу" (пример Сивухина с баллоном газа), но "цикличность" можно трактовать и как "имеются последовательные такты", что наводит изобретателей-иррационализаторов на мысль о том, что машина, работающая непрерывно, а не повторяя в цикле разные такты, не подпадает под названное ограничение; скажем, один достаточно титулованный изобретатель пытался создать обсуждаемое на основе термоэлектрического преобразователя.

[Gravitino]

sergey zhukov в сообщении #1557613 писал(а):

И так сколько угодно раз

Формально говоря, хотя бы один раз

[Евгений Машеров]

Stensen в сообщении #1557065 писал(а):

Но можно внешним источником тепла считать, например, солнце и питать солнечную батарею. В этом случае вся $Q_{heat}$ пойдет на совершение работы, вращение электродвигателя, например. Можно ли такой двигатель считать вечным 2-го рода? Или определение дается только для теплового и циклического?

Солнечная батарея - не тепловая машина. Она превращает одну форму электромагнитной энергии (свет) в другую (электрический ток). Применительно к ней говорить об охладителе и нагревателе бессмысленно. Тепловая машина в данном примере - Солнце, вернее пара из Солнца-нагревателя и Вселенной-охладителя.

[amon]

Евгений Машеров в сообщении #1557687 писал(а):

Солнечная батарея - не тепловая машина.

Таки, тепловая. То, что нагреватель далеко, и тепло передается через электромагнитное излучение, сути не меняет.