Pompa ciepła, lodówka i granica Carnota

Potrzebne wiadomości: Pierwsza zasada termodynamiki, sprawność i temperatura bezwzględna.

Ten sam bilans, inne zadanie

Niech Qₕ będzie ciepłem oddanym do gorącego zbiornika, Q𝚌 pobranym z zimnego, a W doprowadzoną pracą. Dla pełnego cyklu Q_h=Q_c+W. Współczynnik grzania to COP_h=Q_h/W, a chłodzenia COP_c=Q_c/W, więc COP_h=COP_c+1. Symbole Q oznaczają tutaj dodatnie wartości wymienionych energii.

Dla 3 kJ pobranych z chłodnego zbiornika i 1 kJ pracy pompa oddaje 4 kJ; COP grzania wynosi 4. To nie „sprawność 400%” zamiany samej pracy na ciepło. Źródłem brakujących 3 kJ jest otoczenie.

Druga zasada i granice

Nie istnieje cykliczny silnik, którego jedynym skutkiem byłoby pobieranie ciepła z jednego zbiornika i całkowita zamiana go na pracę. Nie istnieje też samoczynny cykl, którego jedynym skutkiem jest transport ciepła z zimnego do gorącego. Urządzenie potrzebuje pracy lub innych zmian w otoczeniu.

Dla odwracalnych urządzeń między temperaturami Tₕ i T𝚌 sprawność silnika Carnota wynosi \eta_C=1-T_c/T_h, a COP_h=T_h/(T_h-T_c). Temperatury są w kelwinach. Rzeczywiste urządzenia mają straty, zależne warunki i pomocniczy pobór energii. Te rachunki są ograniczeniami termodynamicznymi, nie obietnicą parametrów konkretnej instalacji.

Zadania do tego tematu

• Pompa oddaje pięć kilodżuli
• Silnik między 600 a 300 kelwinów
• Lodówka z otwartymi drzwiami nie ochłodzi zamkniętego pokoju

Dalsza lektura

Materiał referencyjny