Имеется вертикальный металлический цилиндр, заполненный идеальным газом, в поле сил тяжести. Как распределена температура по высоте?
Атом, летящий сверху вниз, разгоняется силой тяжести, а летящий снизу вверх- замедляется, значит внизу кинетическая энергия атомов в среднем больше, следовательно, температура должна быть выше. Разность температур можно превратить в электричество с помощью термопары на основе эффекта Зеебека, а электричество- в полезную работу. Внутренняя энергия теплового движения превратилась в работу- нарушено второе начало термодинамики?
ФизикаНаука+2
Такая конструкция сработает только один раз, законы термодинамики при этом не будут нарушены. Второй закон термодинамики не запрещает переводить энергию теплового движения в работу. Одна из его формулировок гласит, что КПД такого процесса всегда будет меньше единицы, а следовательно такая установка не может работать вечно.
Рассказываю подробно. Допустим нет нагрева земной поверхности солнечными лучами, температура T0 везде одинакова, есть гравитационное поле Земли. Трубка равномерно заполнена газом.
Под действием силы тяжести молекулы газа будут стремиться вниз. Через какое-то время плотность молекул будет неравномерная. Внизу трубки давление будет равно привычному нам атмосферному давлению. Работа сила тяготения по закону сохранения энергии обязана во что-то перейти. Произойдут столкновения молекул, они будут передавать энергию друг другу. Температура нижней части трубки возрастёт. Теоретически эту разность температур можно превратить в электричество и получить полезную работу.
В соответствии с законом сохранения энергии, при получении полезной энергии из тепловой, обязательно должно произойти выравнивание температур. При этом неважно каким именно способом, термопарой или чем-то другим. Кроме того наша трубка будет постоянно взаимодействовать с окружающей средой, произойдет выравнивание температур, пока температура по всему объему трубки не станет равна T0.
На этом работа нашей установки закончится.
Но вот теполгравитационное равновесие установлено, переходные процессы прошли. Что теперь с распределением... Читать дальше
В идеальном газе произойдёт перераспределение молекул. Наиболее быстрые из них окажутся наоборот, в верхней части цилиндра. Например тёплый воздух легче холодного (под потолком теплее, чам на полу). Но в случае с металлическим... Читать далее
1 эксперт согласен
А если металлический цилиндр заменить нетеплопроводным?
Отделим мух от котлет — уберём из вопроса металлический цилиндр-сосуд, так как металл обладает высокой теплопроводностью и никак не ассоциируется с замкнутой термодинамической системой. Пусть вертикальный цилиндрический сосуд... Читать далее
Да, но это и есть реализация вечного двигателя второго рода! Если мы термопару используем как источник... Читать дальше
Не будет никакого градиента температуры, т.е. температура будет постоянна по всей адиабатической колонне газа. Из того, что молекулы теряют кинетическую энергию, поднимаясь в грав. поле, вовсе не следует, что средняя... Читать далее
1 эксперт согласен
Дмитрий Пивоваров
18 февр 2022подтверждает
Гравитация - это не демон Максвелла.
Газ нельзя рассматривать как набор шариков, газ следует рассматривать как целое тело. При попадании столба газа в гравитационное поле создастся градиент давления, и, действительно, температура внизу повысится, но это повышение... Читать далее
Молкулярно -кинетическая теория в простейшем применении к одноатомному идеальному газу именно считает его набором... Читать дальше
Будут конвекционные потоки, но очень медленно.
Видел телепередачу: там рассказывалось, что по подобному принципу в Америке на Аляске сделаны сваи для газо и нефтепроводов. Так как от обычных свай вечная мерзлота тает и трубы... Читать далее
Это не по теме. Здесь используется энергия Солнца для получения разности температур. Вопрос по цилиндр с газом в... Читать дальше
Вопрос очень хороший, т.к. он наглядно иллюстрирует понятие "температура". Поэтому я добавлю еще пять копеек.
Задача: у нас есть N свободных молекул газа при температуре T в поле тяжести g. Вопрос: какой будет температура этих... Читать далее
1 эксперт согласен
Наконец, ответ на базе молекулярно-кинетических предствлений.
Температура распределена линейно. Чем выше, тем холоднее. Температура это кинетическая энергия газа. Высота - потенциальная энергия. Закон сохранения энергии гласит mgh+mv2/2=const. Чем больше высота, тем меньше температура.... Читать далее
1 эксперт не согласен
Александр Малютин
22 февр 2022возражает
Кавказ все испортил