وينص القانون الثاني لعلم الديناميكا الحرارية على أن التجسس في نظام معزول يزداد دائما، ولهذا المبدأ آثار عملية في مختلف الميادين، بما في ذلك توليد الطاقة وتدفئة وتهوية وتكييف الهواء، ويساعد فهم أمثلة العالم الحقيقي على توضيح كيف يؤثر هذا القانون على الكفاءة وتصميم النظم.

توليد الطاقة

وفي محطات توليد الطاقة، يوضح القانون الثاني السبب في عدم كفاءة الدورة الحرارية بنسبة 100 في المائة، ففي توربينات البخار مثلاً، تنقل الحرارة من مصدر حراري مرتفع إلى مغسلة ذات درجة حرارة أقل، وتفقد بعض الطاقة دائماً كدفئة نفايات، وتتزايد الانتظام.

ويحسن معامل الدورة المجمّعة الكفاءة باستخدام حرارة النفايات لتوليد الكهرباء الإضافية، وعلى الرغم من هذه التطورات، يحد القانون الثاني من أقصى قدر ممكن من الكفاءة في أي محطة للطاقة الحرارية.

نظم HVAC

وتُستخدم نظم البيوتادايين السداسي الكلور بنقل الحرارة من الأماكن الداخلية إلى البيئة الخارجية، ويشرح القانون الثاني سبب تدفق الحرارة بشكل طبيعي من المناطق الأكثر دفئاً إلى المناطق الأكثر برودة، مما يتطلب عملاً ميكانيكياً لعكس هذا التدفق.

ففي مضخات الحرارة، مثلا، يستخدم المضغوط الطاقة لنقل الحرارة من الهواء الطلق البارد إلى مكان دافئ داخلي، وهذه العملية تدل على القانون الثاني، حيث أنها تنطوي على تخفيض الانبوبي محليا على حساب زيادة الانتظام في أماكن أخرى.

حدود الكفاءة

ويحدد القانون الثاني حدودا أساسية لكفاءة نظم الطاقة، ففي محطات توليد الطاقة ونظم HVAC، تضيع بعض الطاقة دائما كدفئة نفايات، ولا يمكن تحويلها إلى عمل مفيد.

  • حرارة النفايات في محطات توليد الطاقة
  • نقل الحرارة في نظم HVAC
  • عمليات لا يمكن عكسها في التوربينات والضغطات
  • خسائر الطاقة بسبب الاحتكاك والمقاومة