Вечный двигатель

[Евгений Машеров]

Нет. Тепловая машина - комплекс из Солнца и солнечной батареи, да (и не забываем про охладитель - Вселенную). Но сама по себе солнечная батарея - не тепловая машина. В этом легко убедиться, освещая её хемолюминсенцией или радиолюминесценцией.

[amon]

Евгений Машеров в сообщении #1557725 писал(а):

Нет. Тепловая машина - комплекс из Солнца и солнечной батареи, да (и не забываем про охладитель - Вселенную). Но сама по себе солнечная батарея - не тепловая машина. В этом легко убедиться, освещая её хемолюминсенцией или радиолюминесценцией.

Спор филологический. Вы правы, тепловая машина - комплекс из Солнца, Земли и батарейки. Но в этом смысле двигатель автомобиля тоже не тепловая машина. Если я подам в цилиндры несжимаемую жидкость под давлением, то двигатель закрутится, и его кпд станет почти 100%. Вопрос в том, как я получил эту самую несжимаемую жидкость под давлением.

[Евгений Машеров]

Ну да, можно из ДВС сделать гидромотор. И тогда это не будет тепловая машина. Но мы-то о тепловых говорим? О способах превращения штатской энергии, не способной ходить строем, в военную, упорядоченную

[druggist]

Евгений Машеров в сообщении #1557770 писал(а):

О способах превращения штатской энергии, не способной ходить строем,

Если вы о солнечной энергии, то ее ни в коем случае нельзя именовать штатской(в вашей терминологии). Это низкоэнтропийный(малый телесный угол)поток энергии, основной источник свободной энергии на Земле

[Евгений Машеров]

Да, электромагнитная энергия - не тепловая. Но ведь я как раз и говорю о том, что солнечная батарея - не тепловая машина. А вот преобразование тепла Солнца в электромагнитную энергию - тепловая.

[amon]

Евгений Машеров в сообщении #1557810 писал(а):

Да, электромагнитная энергия - не тепловая.

Стесняюсь спросить, а тепловая энергия - это что? Если $dQ=TdS,$ то как температура, так и энтропия прекрасно определены для электромагнитного излучения Солнца.

[druggist]

amon в сообщении #1557839 писал(а):

Стесняюсь спросить, а тепловая энергия - это что? Если $dQ=TdS,$

Стесняюсь написать, но, все же, попробую: $F=E-T S$. Если $E \sim T S$, это, скорее, тепловая энергия

[SNS2D]

Евгений Машеров в сообщении #1557672 писал(а):

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.

Использование термина ``цикличность'' здесь совершенно уместно, потому что он максимально точно отражает именно существо дело: он очень кратко и ясно отражает одно из ключевых для всей конструкции обстоятельств: работа должна быть получена без какого бы то ни было итогового изменения состояния рабочего тела, т.е. процесс изменения состояния рабочего тела в ходе получения этой самой работы должен закончиться там же, где и начался. Совершенно стандартное наименование для такого процесса --- циклический (от латинского слова cyclus, восходящего к древнегреческому $\kappa\upsilon\kappa\lambda o\varsigma$ --- окружность: обойдя последовательно всю окружность, возвращаемся к той точке, с которой начинали), имеющее в термодинамике точным синонимом термин ``круговой''. Сказать, что рабочее тело совершает циклический процесс --- это совершенно не то же самое, что сказать ``... не требует необратимого изменения состояния машины'' (при определении того, что понимается под вечным двигателем второго рода, использовать понятие обратимости/необратимости вообще нет необходимости).

То, что некоторые изобретатели не в состоянии разобраться в различных эквивалентных формулировках второго начала термодинамики и общепринятой терминологии (или в её этимологии), может оказаться даже полезным --- известно множество примеров, когда важные результаты получались из совершенно ложных исходных положений; может быть, неправильное понимание утверждений, связанных с основами термодинамики, и вызванные этим попытки их опровергнуть в конце концов приведут кого-нибудь из них хотя и не к созданию вечного двигателя второго рода, но к какой-нибудь вполне полезной или интересной конструкции.

Евгений Машеров в сообщении #1557810 писал(а):

Да, электромагнитная энергия - не тепловая. Но ведь я как раз и говорю о том, что солнечная батарея - не тепловая машина. А вот преобразование тепла Солнца в электромагнитную энергию - тепловая.

Можно ли в физике (не в теплотехнике или энергетике) дать сколько-нибудь точное и полезное определение ``тепловой энергии'', которое не сводилось бы к обычной внутренней энергии? Стоит ли упоминать расплывчатое понятие такой ``тепловой энергии'' там, где совершенно достаточно хорошо определенной физической величины --- ``переданного/полученного количества тепла''?

[sergey zhukov]

SNS2D
А не является ли теорема о тенденции к равнораспределении энергии по всем степеням свободы системы наиболее ясной формулировкой второго закона? Обычно происходят только такие процессы, в которых энергия распределяется все равномернее и равномернее, т.е. становится все менее концентрированной. Существует так же множество вариантов состояния системы, в которых энергия распределена по степеням свободы неравномерно, но степень этой неравномерности (концентрации) у всех этих вариантов одинаковая. Переход между этими состояниями и есть множество всех обратимых (идеальных) процессов.

Скажем, в цикле Карно происходит как раз обратимый переход системы из одного такого состояния в другое. Энергия, содержащаяся в степенях свободы нагревателя, частично переходит в макроскопические степени свободы (работа), частично - в степени свободы холодильника. В целом в этом процессе происходит только перераспределение энергии в системе при той же степени ее "концентрации" по степеням свободы. То, что часть энергии должна уйти "вниз" (в степени свободы холодильника) в то время, когда часть энергии уходит "вверх" (в макроскопические степени свободы - работу) - и это даже в идеальном процессе - и является фундаментальным ограничением на КПД тепловой машины. Любые необратимости (аналог трения) могут лишь привести к тому, что этот процесс перестанет быть переходом системы между двумя эквивалентными по "концентрации энергии" состояниями, а станет переходом от состояния более концентрированного к состоянию менее концентрированному (а не к аналогичному по концентрации), т.е. все станет еще хуже.

[SNS2D]

sergey zhukov в сообщении #1557905 писал(а):

А не является ли теорема о тенденции к равнораспределении энергии по всем степеням свободы системы наиболее ясной формулировкой второго закона? Обычно происходят только такие процессы, в которых энергия распределяется все равномернее и равномернее, т.е. становится все менее концентрированной. Существует так же множество вариантов состояния системы, в которых энергия распределена по степеням свободы неравномерно, но степень этой неравномерности (концентрации) у всех этих вариантов одинаковая. Переход между этими состояниями и есть множество всех обратимых (идеальных) процессов.

Статистическое понимание второго начала --- это совершенно отдельный вопрос (а теорема о равнораспределении --- это статистика, а не феноменологическая термодинамика). Кроме того, теорема о равнораспределении имеет ограниченную область применимости --- она работает только в классических системах. Если целью является получение каких-то общих результатов, начинать надо со статсуммы, а там никакого равнораспределения уже не получится.

[druggist]

sergey zhukov в сообщении #1557905 писал(а):

Скажем, в цикле Карно происходит как раз обратимый переход системы из одного такого состояния в другое.

Ну, за цикл происходит как раз обратимый переход системы из одного такого состояния в то же самое(цикличность) А в общем, конечно же, без статистического обоснования энтропия - мистическая вещь)

[zykov]

sergey zhukov в сообщении #1557905 писал(а):

т.е. становится все менее концентрированной

Обычно говорят не "концентрированной", а "упорядоченной".
Т.е. "порядок" против "хаоса".

[sergey zhukov]

druggist
Нет, за цикл происходит возврат только рабочего тела. Система, включающая нагреватель с холодильником и аккумулятор полученной механической энергии, не возвращается (нагреватель отдает некоторое тепло и энтропию, холодильник - получает то и другое, механическая энергия накапливается в аккумуляторе). Если бы вся система в конце цикла возвращалась в начальное состояние, то зачем вообще такой двигатель?

[zykov]

К вопросу о цикличности, то собственно для термодинамики оно особого значения не имеет.
Это скорее технический вопрос, чтобы например получился двигатель, который условно работает "неограниченно долго". В противовес ситуации, когда нет возврата к исходному состоянию и процесс принципиально ограничен по времени.

[druggist]

sergey zhukov в сообщении #1557932 писал(а):

Если бы вся система в конце цикла возвращалась в начальное состояние, то зачем вообще такой двигатель?

Положительная работа совершается: за полуцикл(изотерма+адиабата) расширения больше, чем за полуцикл сжатия. В идеализированном цикле Карно температуры нагревателя и холодильника не меняются (резервуары бесконечной емкости), следовательно их внутренняя энергия не меняется и в целом за цикл система приходит в то же самое термодинамическое состояние(внутренняя энергия и энтропия - это функции термодинамического состояния)