¿Qué tiene de especial Q (calor) y no especial para "X (cualquier otra transferencia de energía)" en motores no térmicos?

Entiendo la definición de entropía de Bolzmann lo suficientemente bien, pero sigo luchando por entender la entropía S y su relación con el calor y la eficiencia en la termodinámica clásica (no estadística).

Como dijo Carnot, la eficiencia del motor térmico depende solo de la diferencia de temperatura de sus sumideros fríos y calientes. Eso es:

η = 1 − T C / T h

" Bueno, ¿qué es un gran problema ?", Siempre me preguntaba a mí mismo. "*Hay muchos diferenciales en otros motores como:

  1. diferencial de altura en rueda hidráulica
  2. diferencial de presión en .... algunos motores
  3. velocidad del viento "diferencial" en molinos de viento (Ley de Betz)

quiero decir, por qué S no fue inventado para una rueda hidráulica al principio? ¿Por qué la termodinámica marca el camino para S ¿descubrimiento?

*"Pero hace poco comprendí que

  1. Para muchos motores no existe un límite de eficiencia teórico conocido, por lo que nadie sabe de qué depende este posible límite: diseño o restricción física.
  2. Debe haber motores cuya eficiencia dependa del diseño y no de alguna restricción física. ¿Ejemplos?
  3. Incluso si para algunos motores existe un límite de eficiencia teórico independiente de su diseño , aún no puede derivar la entropía de esto.

Entonces, esto lleva a la conclusión de que " hay algo especial en el calor (energía transportada a través del diferencial de temperatura)"... Sé que es una tontería darse cuenta de esto cuando está escrito en todos los libros, pero soy bastante tonto en estos asuntos.

Ahora la pregunta: Para el caso de Carnot es cierto que:

Si q gotas de T h a T C solo W = q ( 1 − T C / T h ) cantidad puede extraerse como trabajo. ¿Por qué no es el caso de cualquier otro motor (pero sin transferencia de calor) y su diferencial (presión, velocidad, voltaje, etc.)?

Ejemplo: Dejar X Joules de energía "caen" desde un nivel alto L h a bajo nivel L yo pasando por una rueda hidráulica. Entonces, que yo sepa, no existe tal cosa (ni de ningún otro tipo) como W = X ( 1 − L yo / L h ) . ¿Por qué? ¿Hay alguna manera para que los ciegos (como yo) vean qué es TAN ESPECIAL sobre Q y nada especial sobre X (en el ejemplo de la rueda hidráulica)?

Elimine todos los "motores" que describió que no están funcionando en un ciclo. La eficiencia límite de Carnot se aplica solo a los motores que funcionan en un ciclo.
Que quieres decir con " q gotas de T h a T C ”? El q en su ecuación es el calor bruto agregado en el ciclo. Para el ciclo de Carnot, que es el calor agregado durante la expansión isotérmica reversible en T h .
Dops debe estar entre comillas. Así es como Carnot pensó en el calor "cayendo" como "gotas de agua de nivel a nivel inferior". Usé la misma redacción para conectar dos ejemplos (rueda hidráulica y motor térmico)

Respuestas (1)

¿Por qué S no se inventó al principio para una rueda hidráulica?

Tu pregunta va al corazón de la termodinámica y tiene que ver con la irreversibilidad microscópica . La mecánica clásica es reversible, y los grandes sistemas mecánicos macroscópicos cuyo rendimiento no se ve afectado de forma inmediata o apreciable por el estado molecular, como una rueda hidráulica, por ejemplo, son prácticamente reversibles, es decir, su entropía es cero: tú no X cantidad de trabajo para girar la rueda en cierta cantidad, te devuelve ese trabajo cuando inviertes el movimiento.

Cuando el estado microscópico se ve afectado por el proceso, no es posible revertirlo. Cuando el vapor pasa por un ciclo de Carnot reversible, a partir del estado A y terminando en el mismo estado más tarde, el estado macroscópico (es decir, presión y temperatura) ha sido restaurado, pero el estado interno no . De hecho, no se puede restaurar, porque esto requeriría que lleváramos cada molécula a su posición y velocidad originales. Esta irreversibilidad microscópica es el origen de la entropía y el calor.

Para obtener más información sobre la entropía, es necesario profundizar en la termodinámica estadística y alejarse de la termodinámica y los ciclos clásicos.

Gracias, pero Clausius no tenía ninguna idea de la termodinámica estadística (bueno, excepto por su término de desagregación), pero aun así entregó S . Sé lo que significa la entropía de Bolzmann (número de microestados dado macroestado), siento cómo la derivó, pero Clausius S simplemente pasa por mi mente sin tocar ninguna fibra de mi alma. :) Simplemente no entiendo el significado de calusius S .
Podemos, como hicieron Clausius y el resto de los termodinámicos clásicos, inferir la existencia de la entropía a partir de consideraciones macroscópicas. Darle un significado físico es más difícil. Podemos ofrecer una interpretación no estadística: la entropía es una flecha que apunta a un sistema aislado hacia el equilibrio, nunca alejándolo de él . Aún así, se puede argumentar que esto solo nos dice para qué sirve la entropía, no para qué es la entropía .
¿Qué tiene de especial Q (calor) y no especial para "X (cualquier otra transferencia de energía)" en motores no térmicos?
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