X-Aknák

Az X-Aknák figyelmét felhívták a “Másodfajú örökmozgó” című írásra (már nem elérhető az interneten). Ebben egy olyan eszköz leírását találjuk, amely a szerző szerint másodfajú örökmozgóként működikEgy T₂ kelvin hőmérsékletű test hőenergiájából elvont hőt nem lehet teljes egészében munkává alakítani, a termodinamika 2. főtétele következtében egy részét át kell adni egy alacsonyabb T₁ hőmérsékletű hőtartálynak (hűtőnek). Ez az oka annak, hogy a hőerőgépek csak a környezetnél lényegesen magasabb hőmérsékletű hőtartályból tudnak hasznos energiát kinyerni, és ezért lesz a hőerőgép η hatásfoka még veszteségmentesen működő eszközök használata esetén is kisebb 1-nél. A maximális lehetséges hatásfok a Carnot-hatásfok: η_C = (T₂ – T₁)/T₂.

A másodfajú perpetuum mobile egy olyan hipotetikus hőerőgép, amely hűtő nélkül is képes hőt elvonni egy testből és ideális esetben η=1 hatásfokkal munkává alakítani. Egy ilyen gép gyakorlatilag korlátlanul tudna hasznos energiát termelni pl. a tengervíz hőenergiájának rovására anélkül, hogy ellentmondana az energiamegmaradás törvényének. Mivel azonban ellentmond a termodinamika nagyon jól megalapozott 2. főtételének, amely szerint egy zárt rendszer entrópiája sohasem csökkenhet, ezért ilyen gépet nem lehet csinálni. Tágabb értelemben másodfajú örökmozgónak nevezik azt a szintén hipotetikus eszközt, amely 1-nél kisebb, de az η_C-nél jobb hatásfokkal működne. Ilyen “gépről” van szó ebben a cikkben..

Minden hőerőgépben, akár örökmozgó, akár nem, a munkatestnek zárt termodinamikai ciklust kell folyamatosan ismételnie. Ebbe az is beletartozik, hogy a ciklus végén a munkatest entrópiájának egyenlővé kell válnia a kezdeti entrópiával. Az adott esetben ez a követelmény csak akkor teljesül, ha a munkatest azt az entrópiát, amit a magas hőmérsékletű hőtartályból a hővel együtt felvesz, amikor 903 Celsius-fokra melegszik, teljes egészében átadja a 688 Celsius-fokos hőtartálynak. De ha valóban ez történik, akkor az eszköz nem másodfajú perpetuum mobile, hanem Carnot-gép, amely ideális esetben η_C = 0,18 hatásfokkal működhetA tüzelőanyag cellákban nem hőenergiát, hanem kémiai kötési energiát használnak elektromos energia előállítására a reagensek alaposan lelassított fúziojának a felhasználásával. Egy ilyen folyamatra nem alkalmazható sem a Carnot-hatásfok, sem a másodfajú örökmozgó fogalma. Ha a regeneratív fázisban, amelynek a részleteit nem ismerem, hőenergia kerül hasznosításra, akkor a termodinamika általános törvényei alapján ezt a hőt nem lehet 0,18-nál jobb hatásfokkal hasznosítani..

A magyar változatból kiderül, hogy ezt a magyarázatot természetesen a szerző is ismeri, de nem fogadja el. Az ellenvetését nem értem. Ettől függetlenül persze lehet, hogy igaza van, de ez nem valószínű: Semmi okunk sincs feltételezni, hogy abban a jelenségkörben, amelyről itt szó van, a termodinamika ne lenne érvényes. Elvben könnyen lehetne dönteni: Ha a laboratóriumban megbízhatóan kontrollált körülmények között a szerkezet 0,18-nál jobb hatásfokkal működne, akkor persze új – mondhatnánk “forradalmi” – helyzet állna elő. Kizártnak tartom, hogy ez valóban bekövetkezzen.

1. megjegyzés: Azt a követelményt, hogy a gépnek ciklikusan kell működnie, a szerző az angol nyelvű változat 2. oldalán fogalmazza meg: “It follows from the first principle of thermodynamics that the whole curve should represent a closed cycle” A termodinamika első főtételéből következik, hogy a teljes görbének zárt ciklust kell reprezentálnia. Ez a fogalmazás azonban félreérthető és ezért félrevezető is lehet. A ciklikusság nem következik egyedül az első főtételből (vagyis az energiamegmaradásból), mert ha a ciklus végén a munkatest entrópiája nagyobb, mint a ciklus elején, akkor csak a munkatest + hőtartályok + munkagép teljes energiája marad meg, a munkatesté külön nem. A szerző azonban ezzel a kérdéssel egyáltalán nem foglalkozik, nem is próbálja hihetővé tenni, hogy a javasolt folyamat minden ciklusában az entrópia megváltozása zérus. Termodinamika és statisztikus fizika jegyzetem 24. fejezetében egy egyszerűbb és ezért könnyebben analizálható rendszeren mutatom be, miért nem elegendő a ciklus analízisét az energiára korlátozni.

2. megjegyzés: Valamikor a 70-s évek közepén az akkor tizenéves fiam a kezembe nyomta Lukács-Péter-Tarján Tarkabarka fizika című kítűnő könyvét és arra kényszerített, hogy az összes felrajzolt örökmozgóról magyarázzam el, miért nem működhet. Vért izzadtam.