Předchozí kapitola Předchozí podkapitola Obsah kapitoly Příklady Průvodce Následující podkapitola Následující kapitola


4.3 Druhý termodynamický zákon

První termodynamický zákon vyjadřující princip zachování energie (viz čl. 3.2) vylučuje existenci perpetua mobile prvního druhu - zařízení, které by trvale získávalo mechanickou energii, aniž by k tomu spotřebovalo ekvivalentně jiný druh energie. Podle prvního termodynamického zákona však není vyloučena možnost existence periodicky pracujícího stroje, který by veškeré teplo Q odebrané z ohřívače využil k vykonání práce W' = Q. Výsledek Carnotova ideálního

kruhového děje však ukazuje, že vykonává práce W' pracovní látky v důsledku přijetí tepla Q1 od ohřívače je nutně doprovázena odevzdáním tepla Q'2 < Q1 do chladnější lázně. K získání práce je bezpodmínečně nutná existence dvou lázní různých teplot. Schematicky je tato skutečnost znázorněna na obr. 4-3. Podobně každý jiný tepelný motor pracuje v podstatě jako motor s Carnotovým cyklem. Přijímá teplo od teplejších těles, část z něho transformuje v práci a zbytek předává chladnějším tělesům.

Uvažme nyní Carnotův kruhový děj v obráceném směru, než jsme uvažovali v čl. 4.2. Tento obrácený (nepřímý) Carnotův cyklus můžeme sledovat z obr. 4-4. Vyjdeme z počátečního stavu znázorněného bodem A. Plyn adiabaticky expanduje (A D), až jeho teplota klesne z T1 na T2 (stav D). Při teplotě T2 plyn izotermicky expanduje (D C) a přitom odebere z chladiče teplo Q2. Ze stavu C do stavu B je plyn adiabaticky stlačován vnějšími silami, přičemž jeho teplota vzroste z T2 na T1 Cyklus se uzavře izotermickou kompresí (B A), při níž plyn odevzdá teplejší lázni teplo Q'1.

Obr. 4-5

Výpočty energetické bilance jsou obdobné jako při přímém cyklu. Výsledkem je poznatek, že plyn odebírá z chladiče teplo Q2 , z vnějšku je na něm vykonána práce W a ohřívači odevzdá teplo Q'1 (obr. 4-5), při čemž platí

eqs/eq_224.gif

Na tomto principu jsou založeny chladicí zařízení . Podstatné však je to, že převod tepla z chladnější lázně do lázně teplejší je možný jen vykonáním vnější práce.

Princip vratného Carnotova cyklického děje představuje přechod od prvního termodynamického zákona k druhému termodynamickému zákonu. Lze ho vyslovit různě:

Clausiova formulace z roku 1850 (Clausiův princip):

Teplo nemůže samovolně přejít z tělesa studenějšího na těleso teplejší. Kelvinova formulace (z roku 1851):

Je nemožné získat ze soustavy neživých látek kruhovým dějem práci jen tím způsobem, že by se nějaká látka ochlazovala na teplotu nižší než je teplota nejstudenějšího místa v okolí.

Thompson a Planck zevšeobecnili poznatek o ideálním Carnotově kruhovém ději a formulovali druhý termodynamický zákon takto (Thompsonův princip):

Není možné sestrojit periodicky pracující stroj, který by nezpůsoboval nic jiného, než že by trvale ochlazoval zvolenou tepelnou lázeň a konal rovnocenou práci.

W. Ostwald (Němec, 1853-1932) takový stroj nazval perpetuum mobile druhého druhu, a tak formuloval druhý termodynamický zákon krátce výrokem:

Není možně sestrojit perpetuum mobile druhého druhu.

Z druhého termodynamického zákona vyplývají dvě Carnotovy věty týkající se účinnosti Carnotových cyklů.

1. První věta Carnotova: Účinnosti všech vratných Carnotových cyklů pracujících s týmiž lázněmi jsou stejné a závisí jen na teplotách obou lázní.

2.  Druhá Carnotova věta: Účinnost libovolného nevratného Carnotova cyklu není nikdy větší než účinnost Carnotova cyklu vratného, který pracuje mezi týmiž teplotami jako cyklus nevratný.


Předchozí kapitola Předchozí podkapitola Obsah kapitoly Příklady Průvodce Následující podkapitola Následující kapitola