Se poate converti complet căldura în lucru mecanic?

[Provine din topicul „CAdi despre mm”]


CAdi,eu incerc sa demonstrez ca se poate converti caldura in lucru mecanic cu randament unitar;asta inseamna perpetuum mobile de speta II...,ai ceva impotriva?

George,
Stiu ca te pasioneaza termodinamica,dar ai putea sa -ti folosesti energia pe care o depui in acest domeniu intr-un mod constructiv!
Am fost la un simpozion ...in care cativa specialisti din Germania discutau de modalitatea de folosire a Free Energy sau Clean Energy daca vrei ... In Germania fermierii o aplica pe scara larga cu importante economii de bani (nu le mai trebuie sa dea bani pe gaze ,electricitate,lemne etc.)
Pe scurt ai putea sa extragi caldura de la soare si sa o folosesti pentru apa menajera sau pentru caldura iarna,sa produci singur curent electric cu ajutorul panourilor fotovoltaice pentru masina de spalat,televizor,iluminat in casa, sau echivalent cu o turbina eoliana si un generator (acesta se gaseste la METRO -unul de 2 Kw costa 8 milioane de lei vechi) Poti folosi pompe de caldura pentru incalzire iarna (acestea extrag caldura din pamant dintr-un put de 10-45 m adancime sau mai mult) sau panouri fotovoltaice pentru irigatii) si exemplelele pot continua...Consider ca aceste aplicatii sunt mult mai interesante si ai putea sa te focalizezi pentru aceste multiple aplicatii ale lui Free Energy (Clean Energy) si sa-ti mai ajuti si semenii (eventual vecinii daca stai la casa) decat sa-ti irosesti timpul pe HIMERE...(in Univers nu exista randament 100% acest lucru este dovedit si stiintific si filozofic dar nu pot sa dezvolt aici) Deci sfatul meu prietenesc este sa te canalizezi pe aceste directii !(si eventual secundar sa incerci sa imbunatatesti randamentul ciclului Carnot)

Cadi,ciclul Carnot are o mare hiba;genereaza caldura de compresie...Mai mult,cu cat incerci sa obtii un randament mai mare,cu atat obtii mai putin lucru mecanic...
Am spus,nu stiu unde si cand,ca termodinamica actuala e un primitivism stiintific...Bazele ei au fost puse acum mai bine de 200 de ani pe vremea cand tehnica era si ea la inceputuri.Tehnica a evoluat,termodinamica a ramas aceeasi...
Pe scurt;am imaginat un sistem termodinamic ce evolueaza dupa un ciclu ce nu genereaza caldura de compresie...,asta il face apt sa expluateze surse de caldura cu diferenta mica de potential.Aplicatiile sunt multe...,cea mai interesanta e cea in care sistemul functioneaza intr-un mediu monoterm...In realitate sistemul e unul politerm dar doua surse de caldura sunt create artificial si intretinuta in timpul functionarii.
E ceva situat undeva la granita dintre stiinta si poezie...

Care sunt fazele ciclului imaginat (s-au experimentat) de tine si cum efectuezi Lucrul Mecanic?
In alta ordine de idei George te-ai gandit si la cele scrise de mine in articolul anterior ?

Despre ciclul imaginat,care urmeaza sa-l experimentez, iti pot spune doar ca nu utilizeaza energie mecanica pentru ralizarea presiunii de lucru...Nici locomotiva cu abur nu are compresie mecanica...;eu folosesc in loc de apa un gaz al carui comportament e ideal.Nui-i cine stie ce secret dar nici nu-l pot dezvalui orcum.
Daca m-am gandit la cele scruise de tine...
Cand ceea ce eu voi demonstra,va fi acceptat,tot ce inseamna stiinta in ziua de azi,va trebui revizuit.
Albert Einstein considera termodinamica mama tuturor stiintelor...
Termodinamica are la baza ciclul Carnot;tot ce inseamna sistem termodinamic real e comparat cu acesta care nu-i ul ciclu viabil,e doar unul teoretic,destinat studiului si imposibil de pus in practica.
Un alt ciclu care rezolva,cel putin teoretic,conversia totala
caldura -lucru mecanic,va bulversa intrega lume stiintifica.
Daca nu voi reusi sa impun acest concept,eu voi fi marele perdant al acestei lupte duse intre mine si propriile-mi limite...;daca voi izbuti,nu eu voi fi marele castigator...
Tot ceea ce fac compar cu munca depusa de Cristofor Columb;dupa ce a descoperit "un nou drum catre Indii"nimeni nui-a mai acordat vre-o atentie...

Dar, imi poti da un exemplu de aplicatie al acestui ciclu nou?

Aplicatia care mi-e mie cea mai draga si la care lucrez e comprimarea aerului...,utilizez caldura de compresie pentru actionare.
O alta posibila aplicatie,la fel de interesanta,e desalinizarea apei.
Ideea de baza e ca energia reziduala a unui ciclu nu paraseste sistemul,e recuperata printr-un sistem regenerativ.Cantitatea de caldura care intra in proces este egala cu cantitatea de lucru cedata exteriorului plus eventualele pierderi.Mentionez ca in ceea ce incerc sa fac,nu violez principiile termodinamice.
Principiul II spune ca nu poti obtine lucru mecanic fara a avea doua surse de caldura.Nu scrie nicaeri ca nu pot recupera energia reziduala destinata sursei reci...
Intr-un ciclu Carnot nu poti face recuperare intrucat acesta genereaza caldura de compresie...,practic se ineaca in propria-i voma.

george a scris:......
Ideea de baza e ca energia reziduala a unui ciclu nu paraseste sistemul,e recuperata printr-un sistem regenerativ.Cantitatea de caldura care intra in proces este egala cu cantitatea de lucru cedata exteriorului plus eventualele pierderi.Mentionez ca in ceea ce incerc sa fac,nu violez principiile termodinamice.
Principiul II spune ca nu poti obtine lucru mecanic fara a avea doua surse de caldura.Nu scrie nicaeri ca nu pot recupera energia reziduala destinata sursei reci...
Intr-un ciclu Carnot nu poti face recuperare intrucat acesta genereaza caldura de compresie...,practic se ineaca in propria-i voma.

Deci recunosti ca nu poti sa ai un perpetuum mobile...Caldura reziduala nu o poti recupera 100% .O parte din ea se va disipa prin material...Poti sa imi arati de ce ciclul imaginat de tine este superior ciclului Carnot?(ma refer la randament)

Idealizand,ciclul meu are capacitatea sa recupereza 100% caldura reziduala.
Intr-un proces real,pierderile sunt inerente...
Totusi,daca sistemul e amplasat intr-un mediu care-i este si sursa calda,nu va pierde ci va capta caldura.
Nu tin mortisi sa realizez randament unitar;vreau doar sa demonstrez ca se poate extrage energie dintr-o singura sursa naturala de caldura.
Ca sa-ti arat ca ciclul meu e superior oricarui alt ciclu,arata-mi ca stii ce-i acela ciclu Carnot.

George m-ai pus la munca teoretica!:Insa-si prin faptul ca ti-am spus ca nu toata caldura poate fi transformata in lucrul mecanic datorita faptului ca apar pierderi prin material si este cedata spre exterior (acest lucru este chiar enuntul principiului al doilea al termodinamicii formulat de Carnot himself)) ar trebui sa te faca sa intelegi ca stiu cei acela un ciclu Carnot !
A trebuit sa dezvolt subiectul despre ciclul Carnot separat:
Iti voi arata cicluriletermodinamice folosite in practica mai intai;
Astfel in general un ciclu termodinamic este o succesiune de transformari de stare repetabile in timp …in care sistemul revine intotdeauna la starea initiala.
Ciclul motor este un ciclu parcurs in sensul acelor de ceasornic si sunt producatoare de lucru mecanic (este cazul motoarelor cu ardere interna MAI si al turbinelorTA) In sens invers avem pompa de caldura!Raportul dintre caldura transformata in lucrul mechanic L(=Q1-Q2) si caldura Q1 primita de la sursa calda este randament termic al ciclului:
η=L/Q1= Q1-Q2/Q1=1- Q1/ Q2.
In decursul transformarilor in cadrul unui ciclu motor, agentul de lucru schimba cantitati de caldura marindu-si volumul si furnizand in exterior lucrul mecanic (timpul 3 care este destinderea la MAI), apoi agentul termic isi micsoreaza volumul si schimba cantitati de caldura cu consumul din exterior al lucrului mecanic.(timpul 4 la MAI)

P(bar)
Q1





1
2
T1=ct





4 3 T2=ct
Q2


V(m³)
Spre deosebire de ciclul motor, ciclul Carnot din figura poate fi parcurs, atat in sensul rotatiei acelor ceasornicului(ciclul Carnot direct) cat si in sens invers (ciclul Carnot inversat)
Deci transformarile de faza in acest ciclu sunt reversibile.
Daca ne uitam in diagrama P-V la ciclul Carnot avem urmatoarea situatie:
In timpul preluarii caldurii Q1 de la sursa calda agentul termic are temperature constantaT1 (curba 1-2) iar in timpul cedarii caldurii catre sursa rece Q2 agentul termic pastreaza temperature constanta T2(curba 3-4) mai mica decat T1 dupa cum vezi din figura.Mai avem doua transfotmari de stare (doua faze) care vor fi o destindere adiabata (deci la P=constant) de la starea 2 la starea 3 si o comprimare adiabata de la starea 4 la starea 1 intre aceleasi curbe de temperature costante T1 si T2.
Expresia randamentului unuia asemenea ciclu va fi:

η=1-T2/T1
unde dupa cum vezi T1 este temperature sursei calde
iar T2 este temperature sursei reci.

Din formula George observi ca cu cat temperature sursei calde T1 este mai mare si temperature sursei reciT2 este mai mica cu atat randamentul Carnot este mai mare .
Sunt curios acum sa-mi arati cum ai reusit tu sa creezi lucru mecanic si sa imbunatatesti acest ciclu creind un ciclu propiu?
(Din pacate vad ca nu mi-a intrat imaginea ciclului, l-am desenat separat in Word)

Mi-a intrat acum de pe wikimedia!
Deci reiau:
Spre deosebire de ciclul motor, ciclul Carnot din figura poate fi parcurs, atat in sensul rotatiei acelor ceasornicului(ciclul Carnot direct) cat si in sens invers (ciclul Carnot inversat)
Deci transformarile de faza in acest ciclu sunt reversibile.
Daca ne uitam in diagrama P-V la ciclul Carnot avem urmatoarea situatie:
In timpul preluarii caldurii Q1 de la sursa calda agentul termic are temperature constantaT1 (curba 1-2) iar in timpul cedarii caldurii catre sursa rece Q2 agentul termic pastreaza temperature constanta T2(curba 3-4) mai mica decat T1 dupa cum vezi din figura.Mai avem doua transfotmari de stare (doua faze) care vor fi o destindere adiabata (deci fara schimb de caldura) de la starea 2 la starea 3 si o comprimare adiabata de la starea 4 la starea 1 intre aceleasi curbe de temperature costante T1 si T2.
Expresia randamentului unuia asemenea ciclu va fi:

η=1-T2/T1
unde dupa cum vezi T1 este temperature sursei calde
iar T2 este temperature sursei reci.

Din formula George observi ca cu cat temperature sursei calde T1 este mai mare si temperature sursei reciT2 este mai mica cu atat randamentul Carnot este mai mare .
Sunt curios acum sa-mi arati cum ai reusit tu sa creezi lucru mecanic si sa imbunatatesti acest ciclu creind un ciclu propiu?

CAdi,ramanem la Carnot;traseaza un ciclu intre doua temperaturi si doda presiuni,la alegere.Vreau ca pe acele valori sa facem niste calcule...Daca nu reusesti,te ajiut,dar vreau sa vad ca esti cu adevarat curios.
Mai exact,vreau P si T in punctele 1,2,3 si 4.
In ce-ai scris mai sus,s-a strecurat o greseala;vorbesti de transformari de faza...,nu e cazul la ciclul Carnot.

Ai dreptate! trebuia sa scriu de stare,dar am vrut sa vad cat esti de atent...Eu am tot mutat ...Acum e randul tau:
Vreau sa vad in ce costa lucrul mecanic la aplicatia ta...

Cadi,vreau ,inainte de toate,sa intelegi ce inseamna cu adevarat ciclul Carnot.Daca ai rabdare si-mi urmezi pasii,ai sa vezi ce sta la temelia stiintei.
Voiam un ciclu Carnot cu niste valoti concrete pe care sa putem face niste calcule.Acest ciclu are eficienta maxima la un randament cuprins intre 30 si 40 %.Propun temperaturilr de 300 si 400*K.Alege tu presiunile intre care sa evolueze acest ciclu si,daca poti,avand valorile PT in punctele 1 si 3,afla valorile in 2 si 4.

Nici figura cu "stare"nu tine...,in ciclul Carnot nu sunt transformari de stare sau transformari de faza.
-"stare"defineste starea de agregare a unei substante;sloida, lichida, gazoasa...
-la fel de bine pot spune"faza"solida,lichida ,gazoasa...
Intr-un ciclu Carnot avem fluid de lucru gazul ideal;e o nascocire pur teoretica,nu are stari de agregare.

Tu ,cam de legi de cuvinte!(si dai o alta conotatie cuvintelor mele)
Cand ma gandesc la stare, ma gandesc la parametrii de stare!(P,T,V)

"Deci transformarile de faza in acest ciclu sunt reversibile."
Daca in loc de "faza" scriem "stare"ce se intelege?
Fii mai atent in exprimare si totul e OK.

Cam faci pe profesorul...Te asigur ca nu e cazul!
Ai auzit de parametrii de stare?
Stii care sunt acesti parametrii?

Daca erai mai atent, inainte de articolul cu explicarea ciclului Carnot, am
explicat ce inseamna in general un ciclu termodinamic :
,,Astfel in general un ciclu termodinamic este o succesiune de transformari de stare repetabile in timp …in care sistemul revine intotdeauna la starea initiala.''

Cadi,daca mi-ai fi urmat pasii,ai fi ajuns singur la o concluzie pe care,daca eu ti-o spun,n-ai s-o crezi;intr-un ciclu Carnot,daca pastrezi limitele de presiune si incerci sa maresti randamentul,dupa o anumita valoare cantitatea de lucru mecanic scade.Ai fi invatat si sa afli parametri de stare in fiecare punct...

carnot 1:
1.(T=400*K,P=5 bar)
2.(T=400 K,P=2,74 bar)
3.(T=300 K,P=1 bar)
4.(T=300 K,P=1,82 bar)

carnot 2:
1.(T=450*K,P=5 bar)
2.(T=450 K,P=4,133 bar)
3.(T=300 K,P=1 bar)
4.(T=300 K,P=1,2 bar)

carnot 2,desi are randament mai mare,cedeaza exteriorului mai putin lucru.
cine nu crede, sa calculeze.
izoterma:
L=mRT ln P1/P2
adiabatica:
L=mR/x-1 (T1-T2)
x=exponent adiabatic=1,4(biatomic)

R=8,314 J/(mol K )
alegem m=1
pentru c1 avem:
L12=8,314x400x0,6=1995 J
L34=8,314x300x0,6=1496 J
L23;L41=20,78x100=2078 J

pentru c2
L12=8,314x450x0,18=673 J
L34=8,314x300x0,18=448 J
L23;L41=20,78x150=3117 J

CAdi scrie:"Mai avem doua transfotmari de stare (doua faze) care vor fi o destindere adiabata (deci la P=constant)..."La P=ct. avem transformare izobara...

Intr-un ciclu Carnot,avem doua transformari izoterme si doua adiabate:
-12 destindere izoterma.E singura transformare in care ciclul primeste caldura care E CONVERTITA TOTAL IN LUCRU,pe care-l cedeaza exteriorului.
-23 destindere adiabatica.Sistemul e izolat termic de exterior si produce lucru doar pe baza energiei interne.
-34 comprimare izoterma.Aceasta tr. preia lucru mecanic din exterior pe care-l transforma total in caldura ce o cedeaza mediului.Caldura cedata in tr.34 e caldura de compresie obtinuta din lucru mecanic.
-41 comprimarea adiabatica.Sistemul primeste in continuare luceu dar caldura de compresie nu e cedata ci ramane in sistem,marind energia interna.Energia interna acumulata in aceasta tr.e utilizata in destinderea 23.
Concluzia e ca ciclul Carnot converteste toata caldura primita in lucru mecanic...,dupa care cea mai mare parte din acest lucru e convertit in caldura...
Cele doua adiabatice se anuleaza reciproc,nu au aport de lucru util.
Eu vreau un ciclu termodinamic in care,daca obtin lucru,sa nu-l utilizez pentru revenire la starea initiala...
Se poate doar renuntand la compresie.intrebarea e;se poate reveni la starea initiala prin alte cai?

Chiar daca vorbesc de unul singur,am adus discutia intr-un punct sensibil;stiinta actuala e construita pe un mare ......Spun asta deoarece Termodinamica e mama tuturor stiintelor...,ea are la baza studiul ciclului Carnot.
Daca temelia e fragila,constructia risca oricand sa se prabuseasca.Demolarea actualului edificiu stiintific e ceva de neacceptat de catre cei ce-l patroneaza...
Cred ca e posibila construirea unui alt edificiu,fara demolarea primului,ambele putand sa se armonizeze.
Ceea ce vreau sa pun la temelie e un alt ciclu termodinamic care sa fie mai aproape de modul de derulare al fenomenelor in natura.Penrtu asta am nevoie de adepti,persoane care,chiar daca nu inteleg pe deplin ce vreau sa fac,sa-mi acorde un sprijin moral...
Inainte de toate,am nevoie de dialog;trebuie sa reusesc sa exprim in cuvinte ceea ce in mintea mea e limpede si clar.

Salut, George! Eu te asigur de tot respectul pentru cercetările tale şi de convingerea mea că poţi găsi ceva foarte interesant în acest domeniu al termodinamicii. Sunt sigur că termodinamica actuală nu a spus totul despre fenomenele termice, lăsând loc pentru alte descoperiri fundamentale.

Părerea mea este că o abordare cantitativă care să ţină seama foarte mult de variaţia direcţiei impulsului ar putea să aducă importante clarificări privind legătura dintre căldură şi lucru mecanic.

George, iti voi spune numai atat.

Termodinamica nu mai este de multa vreme temelia stiintei. Principiile ei sunt in realitate teoreme care decurg dintr-un cadru mult mai general, cel al mecanicii statistice clasice. Da, poti avea obiectii cu privire la validitatea principiilor mecanicii statistice clasice, caci dupa cum bine stii, materia la scara microscopica nu asculta de legi clasice. Cu toate acestea, statistica clasica se dovedeste foarte utila si prezinta rezultate corecte pentru situatiile in care efectele cuantice pot fi neglijate.

Totodata, poate nu stii, dar termodinamica este una dintre cele mai "aduse la zi" domenii, avand parte de o reformulare moderna in anii '50, asa numita termodinamica neo-gibbsiana, ce contine ideile vechi dar le extinde si le generalizeaza pentru a fi mai utile si mai puternice in tratarea unor fenomene ce inca nu sunt pe deplin intelese, anume tranzitiile de faza.

George!
Din experienta mea modesta, un lucru extraordinar care aduce racoare si improspatare, vindecare de frustrari si dezamagiri, este LUCRUL IN LABORATOR.
Nu conteaza ca e modest, ca e in bucatarie, in garaj sau in hambar. La ,fel nici bugetul nu decide.
Nu trebuie sa ne cramponam atata de teorie.
Daca Edison, Tesla, Diesel, Vuia si altii s-ar fi oprit sa viseze si sa creeze pentru ca ar fi fost timorati de faraonii stiintei, am fi umblat si azi cu lampa cu petrol,
cu caruta si cu locomotiva cu abur.
Uneori practica e calul si teoria e caruta. Pe un cal poti calari, dar pe caruta goala, ba.
Dezvolta-te pe ceea ce esti tu cel mai tare. Motivatia si perseverenta fac mai mult decar stiinta pasiva.

Teoria si practica sunt intrepatrunse si inseparabile. Practica fara teorie este oarba, iar teoria fara practica este stearpa.

Interventia mea nu a fost sa stabilesc cine e mai important, oul sau gaina, practica sau teoria. Incerc doar sa incurajez un forumist, pe George. Si nu numai pe el.
Intentia mea nu este sa subestimez stiinta. Intentia mea este sa incurajez la nevoie, mai ales cand cineva lupta sa realizeze si ceva practic.
Ca principiu, nu trebuie sa cer acordul stiintei daca vreau sa experimentez fizic ceva. Atata timp cat nu pun vietile celorlalti in pericol prin ceea ce fac, este o aventura personala, chiar daca pare contrar stiintei, sau nu are rezultate practice sau imediate.Este riscul meu asumat al incercarii, insuccesului sau succesului.
Stiinta nu este proprietate privata, in pericol de a fi deranjata de intrusi. Este doar un instrument, de unii idolatrizata.
Cel mai important dupa mine este ca omul in general sa-si exprime potentialul la maxim, fara limite.(Bineinteles nu in dauna celorlalti).
De ce este asa? Cred ca nici stiinta nu are raspunsul.

Salut tuturor!
Abel,dezvolta,te rog,ideea cu variatia directiei impulsului.

alefzero,in opinia mea,termodinamica e un primitivism stiintific;avem falsa impresie ca putem obtine energie doar daca ardem ceva si asta ne-a transformat intr-o planeta de piromani.Cat de "adusa la zi"e aceasta stiinta...O sa-mi fac timp sa discutam despre legile amestecului de gazec si legea energiei interne.
Nu-mi poti nega afirmatia ca termodinamica s-a dezvoltat pe baza ciclului Carnot;o declasare a acestuia din locul de "ciclu cu cel mai mare randament posibil"va face ca toate teoriile sa trebuiasca revizuite.
Tranzitia de faza...,studiul comportarii gazelor reale in jurul punctului critic e un subiect foarte drag mie.

eugen,demonstratia practica e cea caruia -i voi acorda toata atentia intimpul imediat urmator;e si motivul pentru care nu sustin licenta acum.Fara demonstratie,le-as da carcotasilor prileji de obiectii.

Din punct de vedere istoric, cel putin dupa cunoasterea mea, intr-adevar, Robert Mayer si Carnot sunt cei care au formulat primele doua principii ale termodinamicii, dar in ziua de astazi punctul de pornire este, dupa cum ti-am spus, altul.

Nu pot afirma ca demersul tau sa fie injust, dar nu sunt de acord cu numirea termodinamicii ca "primitivism stiintific". Poate sa-ti para asa in manuale de liceu sau in carti de termodinamica pentru ingineri, unde discutii principiale nu prea-si au sensul, caci scopul vizat este cel de a dezvolta aplicatii nu neaparat de ultima ora, dar daca vei pune mana pe o carte de mecanica statistica sau de fizica mezoscopica si vei vedea ce inseamna sa incerci sa aplici termodinamica la sisteme din ce in ce mai mici, s-ar putea sa-ti schimbi parerea.

Mult succes in cercetarile tale!

george a scris:Abel,dezvolta,te rog,ideea cu variatia directiei impulsului.

Modulul impulsurilor este singurul care contează pentru a determina energia totală a unui sistem. Dacă modificăm modulul impulsurilor, producem lucru mecanic.

Dar impulsul mai are şi direcţie. Dacă modificăm numai direcţia impulsului, atunci nu modificăm energia sistemului, ci modificăm altceva. Ei bine, acel altceva eu zic că este temperatura sistemului.

Aşadar, dacă vrei să converteşti total căldura în lucru mecanic, trebuie să converteşti total direcţia impulsului în modul. Mai precis, asta înseamnă (din punctul meu de vedere) să rectiliniarizezi traiectoriile tuturor particulelor din sistem, ceea ce înseamnă să le permiţi să meargă (cu viteza luminii în vid) în linie dreaptă.