¿Podría un motor de Carnot conectado a un "refrigerador" de Carnot crear un flujo de calor perpetuo entre dos depósitos?

Aquí hay un diagrama del sistema en cuestión (adaptado del diagrama en esta página ):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Todo el trabajo producido por el motor de Carnot se usa para impulsar el refrigerador de Carnot, que es simplemente un motor de Carnot que funciona en reversa. En consecuencia, no se realiza ningún trabajo fuera del sistema. A pesar del hecho de que no se realiza ningún trabajo, tal sistema crearía un flujo perpetuo de calor desde el depósito caliente, a través del motor de Carnot, a través del depósito frío y de regreso a través del refrigerador de Carnot. Además, debido a que la máquina de Carnot está impulsando otra máquina de Carnot en reversa, el aumento neto de entropía es cero, es decir, todo el calor que fluye del depósito caliente al frío para impulsar la máquina de Carnot es bombeado de vuelta al depósito caliente por la máquina de Carnot. refrigerador.

Me doy cuenta de que tal flujo perpetuo de calor es solo teórico. Cualquier realización física perdería calor debido a la fricción. También soy consciente de que mi pregunta parece similar a un intento ingenuo de movimiento perpetuo, pero ese no es el enfoque de mi pregunta. Estoy tratando de distinguir cuidadosamente entre un flujo de calor que no realiza trabajo y cualquier movimiento que produce trabajo.

El foco de mi pregunta es simplemente si tal sistema teórico crearía un flujo perpetuo de energía sin aumento de entropía. Si es así, esto significaría que mientras que el movimiento perpetuo (también conocido como trabajo perpetuo) es teóricamente imposible, el flujo perpetuo (que no realiza trabajo) es posible.

También tengo curiosidad por saber por qué tal sistema no se ha discutido en la literatura termodinámica, aunque solo sea para descartarlo como una posibilidad. Busqué bastante (usando Google y Google Scholar) y no encontré ninguna discusión sobre dicho sistema, por lo que ahora estoy preguntando aquí. La única discusión relacionada se refería a un sistema similar que intentaba purgar parte del trabajo producido por el motor de Carnot para impulsar un sistema externo. Tal configuración es claramente un intento de una máquina de movimiento perpetuo.

Sistemas como este se discuten con bastante frecuencia en los libros de texto. Por ejemplo, son el mecanismo por el cual se prueba la equivalencia de varios pares de enunciados clásicos de la segunda ley.
Sí, pero vea mi respuesta a Philip a continuación.

Respuestas (2)

"Busqué bastante (utilizando Google y Google Scholar) y no encontré ninguna discusión sobre dicho sistema". Espero que sepa que la configuración en su diagrama es la que se usa en el desarrollo tradicional de la termodinámica para mostrar que la Segunda Ley (versión de Clausius) implica que todos los motores reversibles que operan entre las mismas dos temperaturas tienen la misma eficiencia y que es mayor que para un motor irreversible. Véase Calor y termodinámica de Zemansky , Termodinámica clásica de Pippard , Termodinámica de Fermi ...

Creo que tendrías un flujo perpetuo de energía en tal situación teórica, pero que es teórico de una manera tan condenatoria como el movimiento perpetuo de un péndulo simple podría llamarse 'teórico'. ¡No sucederá! Esto se debe a una serie de razones (que, posiblemente, tienen tanto derecho a llamarse 'teóricas' en el sentido de que tenemos una comprensión bastante buena de ellas).

Estoy de acuerdo en que el "flujo de calor perpetuo" teórico en el sistema que describí es exactamente análogo a la "conversión perpetua entre energía cinética y potencial" teórica de un péndulo de gravedad simple (idealizado): wikiwand.com/en/Pendulum_(mathematics)# /Simple_gravity_pendulum Creo que ambos son "bombas de intuición" útiles. Su kilometraje puede muy.
Además, soy consciente de que mi configuración se usa para explicar un punto diferente, es decir, la misma eficiencia de los motores térmicos reversibles. Estoy (levemente) sorprendido de que, si bien se habla mucho de la conversión perpetua de energía con un péndulo ideal, hay poca o ninguna discusión sobre el flujo perpetuo de calor entre un motor y un refrigerador perfectamente equilibrados.

Al combinar los dos ciclos, teóricamente puede mover continuamente la misma cantidad de Q desde el depósito de alta temperatura al de baja y viceversa, pero hay un costo. El cambio general en la entropía (los sistemas más los dos depósitos) siempre será > 0. Eso significa que cada vez que realice los ciclos resultará en algo de energía que no estará disponible para trabajar en el entorno actual.

El ciclo de Carnot solo puede acercarse a un cambio de entropía total cero, pero nunca puede ser igual a cero. Y la razón de esto es que no importa qué tan pequeños mantengas los diferenciales de temperatura entre el fluido de trabajo y los yacimientos durante los procesos isotérmicos y qué tan pequeños mantengas los diferenciales de presión durante los procesos adiabáticos y qué tan lento lleves a cabo todos los procesos que no puedes hacer. cero, porque entonces los procesos se detendrían. Y mientras exista desequilibrio de temperatura y presión, habrá cierto grado de irreversibilidad y, por lo tanto, aumentará la entropía. El ciclo es una idealización destinada a establecer un límite superior a las eficiencias de los motores térmicos y refrigeradores reales.

Podemos ilustrar esto observando la expansión isotérmica solo para el ciclo del motor térmico.

Dejar T H igualar la temperatura del fluido de trabajo (el sistema) durante la expansión isotérmica reversible.

Dejar T H + d T igualar la temperatura del depósito de alta temperatura (los alrededores) para permitir la transferencia de calor Q. La temperatura diferencial d T se hace lo más pequeño posible para acercarse a un proceso reversible pero nunca puede ser igual a cero (porque entonces no habría transferencia de calor).

Ahora veamos los cambios de entropía:

Δ S ( s y s t mi metro ) = + q / T H

Δ S ( s tu r r o tu norte d i norte gramo s ) = − q / ( T H + d T )

Δ S ( t o t a yo ) = + q / T H − q / ( T H + d T ) > 0 para todos d T > 0

Entonces, la única forma en que el cambio de entropía total puede ser cero es si d T = 0 que prohibiría la transferencia de calor.

Si pasa por lo mismo con la compresión isotérmica, obtendrá nuevamente un cambio de entropía total positivo. Lo mismo para los procesos adiabáticos. Para los procesos adiabáticos son los diferenciales de presión los que hacen que los procesos sean irreversibles. Se necesita algún diferencial finito para que ocurran los procesos.

"El ciclo de Carnot solo puede acercarse a un cambio de entropía total cero, pero nunca puede ser igual a cero". Esta afirmación contradice todo lo que he leído sobre el ciclo de Carnot. Cada descripción del ciclo de Carnot establece que es AMBOS que un ciclo completo no aumenta la entropía Y que la expansión isotérmica es de hecho teóricamente posible, es decir, el volumen del fluido de trabajo puede aumentar sin ningún aumento en la temperatura. Véase, por ejemplo, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/carnot.html#c2
Nick, citando del mismo sitio web de Hiperfísica: "para acercarse a la eficiencia de Carnot, los procesos involucrados en el ciclo del motor térmico deben ser reversibles y no involucrar cambios en la entropía. Esto significa que el ciclo de Carnot es una idealización, ya que no hay procesos reales del motor. son reversibles y todos los procesos físicos reales implican algún aumento de entropía".
Lo siento, Bob, pensé que había dejado en claro que solo estoy interesado en los ciclos de Carnot ideales, también conocidos como teóricos, no en los procesos reales del motor. Dije en la descripción de mi pregunta: "Me doy cuenta de que tal flujo perpetuo de calor es solo teórico". Estoy de acuerdo en que todos los procesos físicos reales implican algún aumento de entropía.
@NickGall Pensé que era bastante obvio que sabías que el ciclo de Carnot era una idealización con solo leer tu pregunta. Lo dejaste bastante claro.
De acuerdo, todos estamos de acuerdo en que el ciclo de Carnot es una idealización, como el movimiento perpetuo de un péndulo simple, tal como lo planteó Phillip Wood (no estoy seguro de haber visto su respuesta cuando envié la mía). Supongo que lo que debería haber dicho es que un ciclo real compuesto por dos procesos isotérmicos y dos adiabáticos no puede dar como resultado un flujo de calor perpetuo. Ese es el único punto que estaba tratando de hacer. De todos modos, ha sido una discusión interesante.
¿Podría un motor de Carnot conectado a un "refrigerador" de Carnot crear un flujo de calor perpetuo entre dos depósitos?
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