¿Cómo prohíbe la segunda ley de la termodinámica la posibilidad de una máquina perpetua del segundo tipo?

Fermi en su conferencia afirma:

La segunda ley de la termodinámica descarta la posibilidad de construir un móvil perpetuo del segundo tipo.

Entonces, esto significa que no puede haber una máquina que simplemente transforme toda la energía térmica obtenida al enfriar los cuerpos circundantes en trabajo mecánico.

Pero, ¿cómo prohíbe esto realmente la Segunda Ley?

El depósito caliente proporciona energía térmica al sistema. ¿Causa una disminución de la entropía del universo (sistema + depósito caliente)? ¿Cómo? Para recibir calor, ¿el sistema no tendría que estar más frío que el depósito? Si es así, la entropía aumenta a medida que la energía térmica se expulsa del depósito a una temperatura más alta que la temperatura a la que el sistema recibe la energía térmica. ¿Es tan?

No entiendo cómo la Segunda Ley anula la existencia de esta máquina. ¿Alguien podría explicar cómo la Ley prohíbe la máquina perpetua del segundo tipo?

¿Qué enunciado de la segunda ley estás usando? Una de las declaraciones es "ningún proceso puede hacer que el calor pase de frío a caliente de forma espontánea", y una máquina como la que usted describe viola esto de manera bastante obvia.
@Jerry Schirmer: Fermi explica que las declaraciones de Kelvin y Clausius son sinónimas.
Entiendo, solo estaba pidiendo claridad.
Dependiendo de qué declaración de la Segunda Ley quiera comenzar, esto podría ser trivial en el sentido de que es una declaración de la Segunda ley. Sin embargo, para mayor claridad, vea esta pregunta y respuesta y quizás muchas otras en el sitio.

Respuestas (2)

Podría ver parte del problema aquí. Hay procesos en los que la energía se extrae mediante el calentamiento de un depósito térmico y, en el proceso, el sistema realiza un trabajo positivo en el medio ambiente, y toda la energía que ingresa mediante el calentamiento se transforma en trabajo. Hay muchos ejemplos canónicos en la termodinámica clásica: el principal es un gas ideal que sufre una expansión isotérmica.

Así que cuando dices

El depósito caliente proporciona energía térmica al sistema. ¿Causa una disminución de la entropía del universo (sistema + depósito caliente)? ¿Cómo? Para recibir calor, ¿el sistema no tendría que estar más frío que el depósito? Si es así, la entropía aumenta a medida que la energía térmica se expulsa del depósito a una temperatura más alta que la temperatura a la que el sistema recibe la energía térmica. ¿Es tan?

estas en lo correcto Esto no viola la Segunda Ley en absoluto, por las razones que ha expuesto: el sistema y el depósito tienen la misma temperatura mientras intercambian energía a través del calor, en cuyo caso el cambio neto en la entropía es cero. -o el sistema tiene una temperatura más pequeña, en cuyo caso es sencillo mostrar que la entropía del sistema aumenta más de lo que disminuye la entropía del reservorio.

Entonces, ¿cuál es la declaración real de la Segunda Ley aquí? es esto :

Es imposible construir un motor que funcione en un ciclo completo y que no produzca ningún efecto excepto el de elevar un peso y enfriar un depósito de calor.

La palabra operativa allí es "ciclo": si el sistema tiene que operar en un ciclo, entonces el aumento de entropía del sistema causado por el flujo de calor del depósito térmico caliente debe compensarse con una disminución de entropía , como explico en esta respuesta . Esto significa que el sistema debe expulsar energía a través del calentamiento a un depósito térmico frío, y esa es exactamente la razón por la que no existe una máquina de movimiento perpetuo: parte de la energía debe desperdiciarse.

De esto es de lo que habla la gente cuando habla de máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo: para tener "movimiento perpetuo", el sistema debe repetir su movimiento una y otra vez, para siempre. En los procesos que discutí anteriormente, donde todo el calor se convierte en trabajo, el sistema no se reinicia (¡no funciona en un ciclo!), por lo que dicha máquina debe detenerse eventualmente. Por otro lado, si el sistema se reinicia (es decir, si funciona en un ciclo), parte de la energía disponible se desperdicia en cada ciclo y, finalmente, nuevamente, la máquina debe agotarse y finalmente detenerse.

Señor, ¿puedo hacerle una pregunta más?
Dado que la entropía es una función de estado, el cambio en el ciclo es cero. Pero, ¿podría decir por qué existe la relación de desigualdad?
Δ S = ∮ d q T < 0 ?
¿Eso significa cambios de entropía después de un ciclo? Pero, ¿cómo podría ser así? ¿No es la entropía una función de estado? Si llega al mismo estado, el cambio de entropía debería ser cero. ¿Por qué es el signo de desigualdad entonces?
@usuario36790. En la desigualdad de Clausius, la temperatura es la temperatura del depósito , lo que hace toda la diferencia, porque entonces no estás calculando el cambio de entropía del sistema.
Además, ¿podría decir qué significa la implicación física de la desigualdad de la relación?
@usuario36790. Quizás para eso debería hacer una nueva pregunta (las preguntas adicionales en los comentarios están mal vistas en SE, por la simple razón de que no se pueden buscar), pero primero debe buscar "desigualdad de Clausius" dentro de la física.SE, porque me imagino la gente se ha preguntado antes: es una desigualdad sutil y a menudo mal entendida ( al menos porque la gente suele pasar por alto que el T es en realidad T r mi s no T s y s ).
Dado que, en el ciclo, el motor no debe tener cambios en la entropía, eso significa que el cambio de entropía debe ser mayor en los depósitos que en el caso de igualdad. Pero ¿por qué debería ser así? Quería saber eso. Pero está bien si te molesta.
@usuario36790. Definitivamente vale la pena una nueva pregunta, y me complacería responderla. Hice una breve búsqueda de preguntas aquí sobre la desigualdad de Clausius, y no estoy seguro de que ninguna de ellas realmente llegue al corazón de lo que está diciendo. Sugiero hacer una pregunta sobre el significado físico de la desigualdad de Clausius con su interpretación que dice que entra más entropía en los depósitos.
Bueno, señor; Preguntaría eso dentro de una hora y esperaría su respuesta intuitiva :)
Señor, he añadido la pregunta . Espero que ayudes :)

Suponga que tiene un depósito de calor en 300 k , y tomas 9.8 j de energía para levantar un 1 k gramo peso 1 metro fuera de la Tierra. Entonces la entropía del depósito de calor se ha reducido en 9.8 / 300 = 0.33 j k − 1 , pero la entropía del peso no cambia, ya que solo se ha movido y no ha cambiado de estado. Entonces el cambio de entropía total es − 0.33 j k − 1 , que es negativa, por lo que violaría la segunda ley.

¿Qué hay de mí? Me he tomado 300   k . ¿Pero cómo? Necesito estar un poco más frío que el depósito de calor, ¿no es así, señor? Entonces, si tomo ese calor a una temperatura más baja, ¿no aumentaría la entropía general?
Bien, supongamos que su máquina toma calor del depósito de la manera que sugiere, al estar más fría que él, digamos 290K. Esta transferencia de calor producirá entropía como dices. Pero ahora todavía tienes que convertir este calor de 290K en trabajo de alguna manera. Esto disminuirá la entropía por la razón que expliqué. de hecho, disminuirá la entropía un poco más, porque estás dividiendo por una entropía más pequeña, y la disminución total de la entropía será exactamente lo que calculé anteriormente.
¿Cómo prohíbe la segunda ley de la termodinámica la posibilidad de una máquina perpetua del segundo tipo?
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