بیان کلوین پلانک

یک موتور حرارتی باید مقداری گرما به منبع سرد بدهد تا چرخه‌اش کامل شود. به عبارت دیگر، موتور حرارتی نمی‌تواند تمام گرمایی را که از منبع گرم دریافت کرده، به کار تبدیل کند. این محدودیتی که در راندمان حرارتی این دسته از موتورها وجود دارد، اساس تعریف کلوین-پلانک (Kelvin-Planck) از قانون دوم ترمودینامیک است.قانون دوم ترمودینامیک به بیان کلازیوس (Clausius) به صورت زیر تعریف می‌شود.ساخت یخچالی که بتواند در یک چرخه کامل، بدون گذاشتن تأثیر دیگری روی محیط، انرژی گرمایی را از منبع سرد به منبع گرم منتقل کند، امکان‌پذیر نیست.
بدیهی است که هیچ‌گاه گرما به صورت خود به خود از محیط سرد به محیط گرم منتقل نمی‌شود. کلازیوس نمی‌گوید ساخت یک دستگاه که در چرخه کار کند و حرارت را از محیط سرد به محیط گرم انتقال دهد، غیرممکن است. بلکه بیان می‌کند که عملکرد چنین دستگاهی، نیازمند آن است که به عنوان مثال، کمپرسور یخچال، با استفاده از یک منبع توان خارجی مانند موتور الکتریکی، راه‌اندازی شود. به این ترتیب، برآیند تاثیر چنین دستگاهی روی محیط، علاوه بر انتقال حرارت از منبع سرد به منبع گرم، شامل مصرف انرژی به صورت کار هم خواهد بود. به عبارت دیگر، یخچال کاملاً با بیان کلازیوس از قانون دوم ترمودینامیک انطباق دارد.ما می دانیم که گرما (Q) و کار (W) دو شکل انرژی هستند. هر دو واحد S.I ژول را دنبال می کنند و هر دو قابل تبدیل هستند. این بدان معناست که کار می تواند به کار تبدیل شود و بالعکس. در اینجا ، کار می تواند به طور کامل به گرما تبدیل شود اما گرما به طور کامل نمی تواند به کار تبدیل شود. از این رو کار به عنوان انرژی درجه بالا و گرما به عنوان انرژی درجه پایین نامیده می شوند.
بیانیه کلوین-پلانک دو جمله متفاوت است که توسط لرد کلوین و پلانک ارائه شده است. آنها به بیانیه کلوین و بیانیه پلانک معروف هستند.
در بیانیه کلوین آمده است که با خنک کردن آن در زیر بالاترین دمای خنک سازی اجسام اطراف ، نمی توان از هر ماده ای اثر مکانیکی گرفت.
در بیانیه پلانک آمده است که مجموع آنتروپی های سیستم برگشت پذیر ثابت است.
بیانیه کلوین-پلانک از این دو جمله استفاده شده است.
بیانه کلوین-پلانک همچنین به عنوان بیانیه موتور گرما از قانون دوم ترمودینامیک شناخته می شود که می توان طراحی دستگاهی را که روی یک چرخه کار می کند و اثر دیگری غیر از انتقال حرارت از یک جسم واحد برای تولید کار ایجاد نمی کند ، وجود ندارد. .هر سیستم ترمودینامیکی در طی یک فرآیند خاص قانون اول را برآورده می کند.
Δ
E
=
Q
−
W
در اینجا ΔE تغییر در انرژی داخلی آن است ، Q گرمای منتقل شده به سیستم و W کار انجام شده توسط سیستم است. برای سیستمی که تحت یک فرآیند حلقوی قرار دارد ، یعنی سیستمی که برای آن در همان حالت ترمودینامیکی شروع و به پایان می رسد ، یک دارای ΔE = 0 است و قانون اول به ما می گوید کهQ = Wحال ، فرض کنید که سیستم مقداری گرم QH> 0 را از یک مخزن می گیرد و آن را به کار خاصی تبدیل می کند. بیایید تعریف کنیم
Q
e
x
h
u
a
s
t
=
Q
−
Q
H

سپس می توانیم بنویسیم
Q
H
+
Q
e
x
h
a
u
s
t
=
W

دستور کلوین به ما می گوید که ما باید
Q
e
x
h
a
u
s
t
≠
0
داشته باشیم زیرا در غیر این صورت ، QH = W خواهیم داشت. تنها نتیجه این فرآیند می تواند تبدیل گرمای حاصل از آن به کار باشد. نماد Qexhaust همان چیزی است که معمولاً ما آن را گرمای خروجی می نامیم