قانون دوم ترمودینامیک به بیان ماشین گرمایی
قانون دوم ترمودینامیک یکی از اصول مهم فیزیک است که در مورد تبادلات گرمایی و کاربرد آن در ماشین های گرمایی صحبت میکند. این قانون بیان میکند که در یک سیستم بسته که در آن انرژی نابود نمیشود، اگر دمای یک بخشی از سیستم از دمای بخش دیگری بالاتر باشد، انتقال گرما از بخش گرم به بخش سرد خواهد بود و هیچگاه برعکس نیست.
ماشین های گرمایی معمولاً به عنوان سیستم هایی برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی مورد استفاده قرار میگیرند. این ماشین ها با استفاده از انتقال گرما از منابع گرم به منابع سرد، کار میکنند و این قانون برای توصیف کارکرد آنها بسیار مهم است.
برای فهم بهتر این قانون، بهتر است به تعریفی از ماشین های گرمایی بپردازیم. ماشین های گرمایی دستگاه هایی هستند که با استفاده از انتقال گرما از منابع گرم به منابع سرد، انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکنند. مثالی از یک ماشین گرمایی، موتور بخار است که با استفاده از گرمای تولید شده از آب جوش، انرژی مکانیکی را تولید میکند.
قانون دوم ترمودینامیک به چندین شکل مختلف بیان میشود، اما شکل معروف آن به صورت بیانی ریاضی است که میگوید: ‘در یک سیستم بسته، اگر یک ماشین گرمایی از یک سلسله ای از چرخه های ترمودینامیکی عبور کند و به حالت اولیه خود برگردد، مجموع کارهایی که توسط ماشین انجام داده شد، همیشه کمتر از صفر است.’
این عبارت بیان میکند که هیچ ماشین گرمایی ای نمیتواند کاری انجام دهد که تمام انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند و همیشه بخشی از انرژی به شکلی بیهوده از دست میرود. این بیان به معنای عدم وجودی ماشین گرمایی کامل است که تمام انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند.
قانون دوم ترمودینامیک به ما کمک میکند تا بفهمیم که چرا این امکان وجود ندارد و چرا هیچ ماشین گرمایی کاملی وجود ندارد. این قانون به ما میگوید که انتقال گرما همیشه از منابع گرم به منابع سرد صورت میگیرد و هیچگاه برعکس نیست. این به معنای ایجاد یک جهت یکسان برای تبادل گرما است و این جهت باعث افت کارایی در ماشین گرمایی میشود.
در نتیجه، قانون دوم ترمودینامیک به ماشین های گرمایی کمک میکند تا کارایی خود را بهینه کنند و از افت کارایی جلوگیری کنند. این قانون همچنین برای توصیف روند تبادل گرما در سیستم های طبیعی نیز استفاده میشود و به عنوان یکی از قوانین اساسی فیزیک مورد توجه قرار دارد.
