Language
Country/Area
No result found
Nhiệt động lực học nghịch đảo: Tại sao nhiệt không thể tự động truyền đến khu vực có nhiệt độ cao?
Trong những nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học, chúng ta thường nhắc đến một khái niệm muôn thuở: nhiệt không thể tự động truyền từ vùng có nhiệt độ thấp sang vùng có nhiệt độ cao. Nguyên nhân cơ bản của hiện tượng này xuất phát từ định luật thứ hai của nhiệt động lực học mà chúng ta thường gọi là quá trình không thuận nghịch của nhiệt động lực học. Nói một cách đơn giản, định luật này quy định rằng để nhiệt chuyển sang nhiệt độ cao hơn thì phải cung cấp năng lượng bên ngoài hoặc công.
Dòng nhiệt tự nhiên là từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp và hiện tượng này phổ biến trong tự nhiên.
Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ hoạt động của tủ lạnh đến việc sử dụng máy điều hòa, tất cả đều dựa vào sự chuyển động của nhiệt. Nhưng khi chúng ta tưởng tượng việc sưởi ấm một căn phòng lạnh vào mùa đông thì nó hoạt động như thế nào? Trong các hệ thống này, chúng ta phải dựa vào một số thiết bị cơ khí, chẳng hạn như bơm nhiệt hoặc hệ thống làm mát, để truyền nhiệt một cách mạnh mẽ từ khu vực có nhiệt độ thấp đến khu vực có nhiệt độ cao.
Các khái niệm cơ bản về chu trình nhiệt động
Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt và hệ thống làm mát có liên quan chặt chẽ đến chu trình nhiệt động. Theo mô hình lý thuyết của nhiệt động lực học, các hệ thống này có thể được mô tả là các chu trình nhiệt động, bao gồm chu trình nén hơi, chu trình hấp thụ hơi và chu trình khí.
Chu trình nén hơi
Chu trình nén hơi là hình thức ứng dụng làm mát và sưởi ấm phổ biến nhất hiện nay. Trong quá trình này, chất làm lạnh đi vào máy nén dưới dạng hơi áp suất thấp, nhiệt độ thấp. Sau khi được nén, nó trở thành chất khí có áp suất cao và nhiệt độ cao, sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ để giải phóng nhiệt và chuyển sang trạng thái lỏng. Tiếp theo, chất lỏng áp suất thấp đi qua van giãn nở để giảm áp suất, sau đó đi vào thiết bị bay hơi để hấp thụ nhiệt, cuối cùng hình thành một chu trình vận hành.
Trong chu trình nén hơi lý tưởng, chất làm lạnh sẽ hấp thụ nhiệt từ thiết bị bay hơi và giải phóng nhiệt từ thiết bị ngưng tụ để làm nóng hoặc làm mát.
Chu trình hấp thụ hơi nước
Một dạng chu trình khác là chu trình hấp thụ hơi. Mặc dù hiệu suất của nó nhìn chung không tốt bằng chu trình nén hơi nhưng nó vẫn có thể đóng một vai trò nào đó trong một số nhu cầu nhất định, đặc biệt là khi nguồn nhiệt sẵn có hơn điện, chẳng hạn như. tình hình nhiệt thải công nghiệp hoặc năng lượng mặt trời. Chu trình này sử dụng năng lượng nhiệt để làm bay hơi và giải phóng chất làm lạnh bằng cách trộn chất làm lạnh và chất hấp thụ.
Tuần hoàn khí
So với các loại chu trình này, chu trình khí xoay quanh chất khí mà không thay đổi pha. Quá trình này thường được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định, chẳng hạn như hệ thống khí nén thường thấy trên máy bay, vì các hệ thống này có thể sử dụng trực tiếp khí nén do động cơ tạo ra để làm mát và thông gió.
Khái niệm về chu trình Carnot ngược
Chu trình Carnot ngược là mô hình lý thuyết lý tưởng có thể được sử dụng để mô tả thiết bị hoạt động như một bộ làm mát hoặc bơm nhiệt. Chu trình này bao gồm bốn quá trình: chất làm lạnh từ nguồn nhiệt độ thấp sẽ hấp thụ nhiệt, sau đó được nén mà không truyền nhiệt ra thế giới bên ngoài, sau đó giải phóng nhiệt ở nhiệt độ cao và cuối cùng giảm áp suất trở về trạng thái ban đầu để bắt đầu chu trình. lại.
Sự chuyển động của nhiệt phải dựa vào công bên ngoài để nhiệt có thể truyền từ vùng có nhiệt độ thấp sang vùng có nhiệt độ cao. Quá trình này thể hiện những đặc điểm và hạn chế của nhiệt động lực học.
Các chỉ số và kết luận về hiệu suất
Thay vì chỉ sử dụng cơ chế làm mát hoặc sưởi ấm, hiệu suất của hệ thống làm lạnh và bơm nhiệt có thể được tham chiếu dưới dạng chỉ số hiệu suất (COP), phản ánh hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống. Trong nhiều trường hợp, các hệ thống này có thể hoạt động với hiệu suất cao, nhưng trong những điều kiện khắc nghiệt, hiệu suất có thể bị ảnh hưởng.
Có lẽ, khi dựa vào những sản phẩm công nghệ này để tận hưởng một cuộc sống tiện nghi, thoải mái, mọi người không khỏi suy ngẫm: Làm thế nào chúng ta có thể sử dụng những nguyên lý nhiệt động lực học này một cách hiệu quả hơn để giảm lãng phí năng lượng và thúc đẩy sự phát triển bền vững?
