قانون دوم ترمودینامیک

دو بیان کلاسیک از قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد: بیان کلوین-پلانک و بیان کلازیوس.

بطور خلاصه، در بیان کلوین-پلانک این موضوع مطرح است که امکان ندارد موتور حرارتی یا دستگاهی داشته باشم که کارایی آن صددرصد باشد. به‌عنوان مثال، نمی‌توانیم یک اتومبیلی داشته باشیم که تمام سوخت بنزین را صرف حرکت خود کند، قطعا، مقداری از این سوخت بصورت انرژی‌های دیگر همچون حرارت ناشی از موتور خودرو، اگزوز و … تلف می‌شود.

بیان کلازیوس به یخچال‌ها و کولرهای گازی اشاره دارد و آن، این است که غیر ممکن است وسیله‌ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و تنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به جسم گرم‌تر باشد. در واقع، بیان می‌کند که نمی‌توان یخچال یا کولر گازی ساخت که بدون مصرف برق عمل کند. برای اینکه بیان دوم را بهتر درک کنیم، به مثال زیر توجه نمایید.

همه‌ی ما می‌دانیم که همواره حرارت از جسم (یا محیط) گرم‌تر به جسم (یا محیط) سردتر منتقل می‌شود. به‌عنوان مثال، یک لیوان چای داغ (جسم گرم‌تر) را درنظر بگیرید، وقتی که لیوان چای را در محیط اتاق (محیط سردتر) قرار می‌دهیم، چای شما حرارت خود را از دست داده و سرد می‌شود. این حرارت از دست رفته، به محیط اتاق منتقل می‌شود. اما، نکته‌ای که باید به آن توجه کرد آن است که این انتقال حرارت در جهت خلاف (یعنی انتقال حرارت از اتاق به چای) بدون هیچ کار خاصی امکان پذیر نیست.

برای اینکه انتقال حرارت در جهت خلاف آنچه که گفته شد، انجام شود، باید کار انجام گردد. در واقع، برای اینکه حرارت از محیط سرد به محیط گرم منتقل شود، باید انرژی مصرف گردد. بیایید این موضوع را در رابطه با کولر گازی مطرح کنیم تا بهتر توضیح داده شود. فضای بیرون از خانه را محیط گرم و فضای داخل خانه را محیط سرد فرض کنید (چون قرار است در تابستان، فضای داخل خانه سردتر از فضای بیرون باشد). همانطور که می‌دانید، کولر گازی برق مصرف می‌کند که یک نوع انرژی است. پس، برای اینکه یک کولر گازی حرارت را از محیط سرد (داخل خانه) به محیط گرم (فضای بیرون) منتقل نماید، باید انرژی مصرف کند که این انرژی بصورت برق در کمپرسور مصرف می‌شود. بنابراین، با توجه به دومین بیان قانون دوم ترمودینامیک، این میزان برق باید مصرف شود تا حرارت از فضای خانه به محیط بیرون منتقل گردد.

پس، اگر به سیکل ایده‌آل تبرید تراکم بخار مراجعه نمایید، متوجه خواهید شد که برای کارکرد این سیکل، باید کمپرسور کولر گازی برق مصرف کند تا بتواند خانه‌های ما را خنک نماید. همچنین، حرارتی که از یونیت خارجی دستگاه توسط کندانسور تلف می‌شود در واقع آن حرارتی است که طبق بیان اول قانون دوم ترمودینامیک، باید تلف شود.