William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

Pytania

4.1 Procesy odwracalne i nieodwracalne

1.

Podaj przykład procesu zachodzącego w przyrodzie jak najbardziej zbliżonego do procesu odwracalnego.

4.2 Silniki cieplne

2.

Podaj praktyczne uzasadnienie wzoru na sprawność silnika cieplnego, $W ∕ Q_{c}$ .

4.3 Chłodziarki i pompy ciepła

3.

Co się stanie z temperaturą w kuchni, jeśli drzwi lodówki pozostaną otwarte?

4.

Czy sprawność silnika odwracalnego może być większa niż $1$ ? Czy współczynnik wydajności chłodziarki odwracalnej może być mniejszy niż $1$ ?

4.4 Sformułowania drugiej zasady termodynamiki

5.

Pokazaliśmy, że jeśli sformułowanie Clausiusa jest fałszywe, to takie musi być też sformułowanie Kelvina. Pokaż, że odwrotne stwierdzenie również jest prawdziwe: jeśli sformułowanie Kelvina jest fałszywe, to sformułowanie Clausiusa także jest fałszywe.

6.

Dlaczego nie wykorzystujemy ciepła z oceanu do napędzania transatlantyków albo ciepła z atmosfery do napędzania samolotów?

7.

Omów praktyczne wady i zalety pomp ciepła i ogrzewania elektrycznego.

8.

Energia wytwarzana przez pompę ciepła jest większa niż energia potrzebna do jej działania. Dlaczego to stwierdzenie nie narusza pierwszej zasady termodynamiki?

9.

Rozważ, dlaczego elektrownie atomowe wydają się mniej wydajne od elektrowni cieplnych, biorąc pod uwagę jedynie temperatury ich funkcjonowania.

10.

Gaz doskonały, mogący rozprężać się swobodnie, przechodzi ze stanu $(p_{1}, V_{1})$ do stanu $(p_{2}, V_{2})$ . Czy możliwe jest przedstawienie tego procesu na wykresie $p V$ ? Odpowiedź uzasadnij.

4.5 Cykl Carnota

11.

Co należy zrobić z temperaturami rezerwuarów, aby zwiększyć sprawność silnika Carnota?

12.

Jak skonstruować silnik Carnota o stuprocentowej sprawności?

13.

Jakiego rodzaju procesy termodynamiczne występują w cyklu Carnota?

4.6 Entropia

14.

Czy entropia wzrasta w każdym cyklu silnika Carnota?

15.

Czy jest możliwe, żeby entropia układu się zmieniła, jeśli podczas procesu odwracalnego nie ma wymiany ciepła? Co w przypadku procesu nieodwracalnego?

4.7 Entropia w skali mikroskopowej

16.

Czy zmiany entropii układów w następujących procesach są dodatnie, czy ujemne?

para wodna, która skrapla się na zimnej powierzchni;
gaz w pojemniku, który ulatnia się do otaczającej atmosfery;
kostka lodu, która się topi w szklance letniej wody;
rzeczywisty silnik cieplny wykonujący cykl;
schładzanie żywności w lodówce.

17.

Rozważ zmiany entropii układów z poprzedniego pytania pod względem nieuporządkowania.