قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که آنتروپی در یک سیستم جدا شده همیشه افزایش می یابد، این اصل دارای پیامدهای عملی در زمینه های مختلف، از جمله تولید برق و گرمایش، تهویه و سیستم تهویه مطبوع (HVAC) است. درک نمونه های دنیای واقعی کمک می کند تا نشان دهد که چگونه این قانون بر کارایی و طراحی سیستم تأثیر می گذارد.

قدرت نسل

در نیروگاه های برق، قانون دوم توضیح می دهد که چرا هیچ چرخه حرارتی نمی تواند 100٪ کارآمد باشد، به عنوان مثال، در توربین های بخار، گرما از یک منبع درجه حرارت بالا به یک سینک دمای پایین تر منتقل می شود. برخی از انرژی همیشه به عنوان گرما زباله، افزایش آنتروپی از دست می رود.

گیاهان چرخه ترکیبی با استفاده از گرمای زباله برای تولید برق اضافی بهبود می یابند.با وجود این پیشرفت ها، قانون دوم حداکثر بهره وری قابل دستیابی هر نیروگاه حرارتی را محدود می کند.

سیستم های HVAC

سیستم های HVAC با انتقال گرما از فضاهای داخلی به محیط خارجی کار می کنند.قانون دوم توضیح می دهد که چرا گرما به طور طبیعی از مناطق گرم تر به خنک تر جریان می یابد و نیاز به کار مکانیکی برای معکوس کردن این جریان دارد.

به عنوان مثال، در پمپ های حرارتی، کمپرسور از انرژی برای حرکت گرما از هوای سرد در فضای گرم داخل خانه استفاده می کند، این فرآیند قانون دوم را نشان می دهد، زیرا شامل کاهش آنتروپی به صورت محلی با هزینه افزایش آنتروپی در جای دیگر است.

محدودیت های کارایی

قانون دوم محدودیت های اساسی در بهره وری سیستم های انرژی را تعیین می کند.در نیروگاه های برق و سیستم های HVAC، برخی از انرژی ها همیشه به عنوان گرما از دست می روند که نمی تواند به کار مفید تبدیل شود.

  • گرمای زباله در نیروگاه های برق
  • انتقال گرما در سیستم های HVAC
  • فرآیندهای غیر قابل اطمینان در توربین ها و کمپرسورها
  • از دست دادن انرژی به دلیل اصطکاک و مقاومت