固体永 动机的细致论述
现有知识:
1、固体的弹性势能和热能
固体的弹性势能和热能有相对的独立性和又有一定的联系:外界对固体施加压力,固体收缩,功转化为弹性势能,弹性势能和热能之间的转化是很小的(或者为0),当外力撤消,弹性势能释放出来对外做工,和前面消耗的工是一样的。如果中间存在两者的明显能量交换,那么压力和收缩将不满足线性关系。
我们对固体进行加热(从20度到25度),体积会增大,它从环境中吸收的热量为Q1。然后对固体进行压缩,体积和初始一样,外界对固体做工W。这样体系增加的能量Q1+W。
我们对同样的固体加热(从20度到25度),在外力作用下,体积是保持不变的。这里体系获得能量只有靠吸收热量Q2。由于前后状态的变化和前一种情形相同,所以Q2=Q1+W
两种情形下的比热也是不一样的,c1<C2
我们做一个循环,先固体等容加热Q2,在膨胀做工W,再降温释放Q1,温度和开始相同。熵的变化:
dS=dQ2/T+dQ1/T=c2*dT/T-c1*dT/T
由于c1<C2,一个循环下来,熵变DS》0。另外体系还对外做工W。
熟悉热力学第2定律的人,一定可以看出这构成了永动机存在的基础。
克劳修思看了这段文字该怎样想,因为他的理论是DS=0
2、更清楚看出热工转换为100%,或者说是单源热机。我们需要卡若循环的知识。这是和现有热力学的论述是一样的。
卡若理论指出,用卡若机将一个高温热源(T1)和一个低温热源(T2)联系在一起,它从高温热源吸收热量Q1,对外做工W,向低温热源释放热量Q2。热效率
η=1-T2/T1
我们如果知道Q2,可以计算出Q1和W
Q1=(Q2*T1)/T2 W=Q1-Q2=Q2(T1-T2)/T2
如果是卡若制冷机,结果是从低温热源吸收Q2,外界做工W和高温热源吸收Q1
Q1=(Q2*T1)/T2 W==Q2(T1-T2)/T2
3,有了前面的准备,可以设计固体永动机。
固体永动机工作部分有一个高温热源(T1),一个固体,一个卡若机。
热力学的循环是:(1)用卡若机从高温热源吸收热量Q1,对外做工W1,固体吸收热量Q2,做等容温升。
(2)固体等温膨胀,对外做工W2
(3)用卡若机从固体吸收热量Q3,外界做工W3,向高温热源释放Q4,固体降温至开始状态。
我们来讨论卡若机的热工关系。由于存在固体温度是变化的,须使用微分演算。
dQ2=c1*dT dQ4=c2*dT
由于c1》c2
dQ1》dQ4 dW1》dW3
我们可以看出高温热源传出的热量大于吸收的热量,卡若机前后工相加,总效果是最外做工DW1-DW3
固体膨胀做工W2
总的工热关系为:高温热源热能减少,固体永动机对外工,并没有向别的物体施加热的影响。
这就是单源热机,热效率=1 第2类型的固体永动机。