ケルビン・プランクの声明|物理

「サイクルで動作し、仕事の生成と単一の物体からの熱の伝達以外に影響を与えないデバイスを構築することは不可能です。」

この主張では、「熱貯留層」および「単一貯留層」という用語が使用されています。リザーバーは、エネルギーを抽出しながら一定の温度を維持する巨大なアイテムです。地球の大気、湖や海のような巨大な水域などはすべて、そのようなシステムを模倣するために使用できます。

ケルビン・プランクの主張は、熱貯留層から得られる熱伝達から正味の仕事量を生み出すシステムの存在を排除しません。この主張によれば、サイクルを実行するシステムは、熱貯蔵庫から得られる熱伝達から正の正味量の仕事を生成することはできません。

熱力学の第二法則によれば、孤立した系のエントロピーは時間とともに減少することはありません。宇宙の予測不可能性はエントロピーと呼ばれます。その結果、任意の自発的なプロセスが宇宙 (S) のエントロピーを増加させます。

熱は加熱された物体から冷たい物体へ自然に移動します。

聞いたことすべてを効果的な労働に変換することは不可能です。

すべての孤立した星系は最終的に不安定になります。

ケルビン・プランクの声明によると、高温の熱源/リザーバーからの熱を同じ量の仕事に変換することを唯一の目的とするエンジンを開発することは不可能です。さらに、これは熱力学の第 2 法則の観点から特定の例です。

熱機関仮説は、ケルビン-プランクステートメントの別名です。熱力学の第 2 規則の一部であるこのステートメントは、熱の形でエネルギーを消費しながら、同じ大きさの仕事を生成できる熱機関を設計する必要があることを意味します。エネルギーは単一の熱貯蔵庫から得られ、このアイデアでは熱の形をとっています。

ケルビンプランクステートメントは、2 つの別個の主張を組み合わせることによって形成されます。さらに、これらの主張は、ケルビン卿とプランク卿によって述べられたため、ケルビンとプランクの声明として知られています。

ケルビンの主張によると、周囲の物体の最高冷却温度以下に冷却しても、物質は機械的に影響を受けることはありません。プランクの声明によると、可逆系のエントロピーの総和は一定のままです。最も注目すべきは、ケルビンプランクステートメントがこれらの主張の両方を組み合わせて作成されたことです。

心に留めておくべきことの 1 つは、熱 (Q) と仕事 (W) が 2 種類のエネルギーであるということです。さらに、これらのバリアントはどちらも互換性があり、同じ SI 単位のジュールを使用します。これは、努力が熱に変換されたり、熱が熱に変換されたりする可能性があるためです。

努力の熱への変換全体がここで起こります。一方、熱は完全に努力に変換することはできません。その結果、専門家は仕事を高品位エネルギーと呼び、熱を低品位エネルギーと呼んでいます。

架空の仕掛け (PMMSK) である、第 2 種の永久機関を想像してみてください。さらに、ヴィルヘルム・オストワルドは、体から熱の形でエネルギーを奪うことによって機能するこのシステムを発表しました。 Wilhelm Ostwald は、ケルビンプランクステートメントを次のように説明しています。

ケルビンプランクステートメントの図は次のように与えられます:

熱機関が機能するには、継続的な熱交換が必要です。さらに、作動流体は、低温 QL ヒートシンク/リザーバーと高温 QH 熱源/リザーバーの間で熱を輸送する必要があります。さらに、ここでは効率が最も重要な要素です。

一定量の入力で実行できる生産的な仕事の量が、熱機関の効率です。

熱力学は、現実の世界で幅広い用途を持っています。ボートを動かすために、熱エネルギーは努力エネルギーに変換されます。さらに、水域には大量の熱が含まれています。

その結果、体からの熱の抽出は適切です。その後、機能するために完全に電力に変換できます。したがって、実際の状況では動作しません。

ボートが前進するためには、燃料を備えた設備の整ったエンジンが必要です。さらに、これは推進力のための外部熱源として機能します。

結果として、1 つのリザーバーから仕事への熱の完全な変換を支援できるエンジンを構築することは困難であることがわかります。これは、とりわけ、ケルビンプランクの主張を裏付けるものです。

Wilhelm Ostwald は第二種永久機関 (PMMSK) を発明しました。これは、熱を仕事に変換するためだけに設計された理論上の機械であり、他の効果を生み出すことはありません。

結論

ケルビン・プランクの声明によると、高温の熱源/リザーバーからの熱を同じ量の仕事に変換することを主な目的とするエンジンを開発することは不可能です。さらに、熱力学の第 2 規則に関して、これは独特な状況です。

ケルビン・プランクの主張は、熱機関仮説としても知られています。熱力学の第 2 法則の一部であるこの発言は、熱の形でエネルギーを消費しながら、同じ大きさの仕事を生み出すことができる熱機関を設計する必要があることを意味します。この概念では、エネルギーは単一の熱貯蔵庫から得られ、熱の形をとっています。