Processing Math: 72%

FörberedandeFysik

En kylprocess i ett kylskåp tar värme från den kalla maten och luften inne i själva skåpet och avger värme genom de svarta slingorna på baksidan. På samma sätt kan en värmepump ta värme från kall jord eller berggrund och avge värme inne i ett varmt hus. Vanligtvis drivs kylskåp och värmepumpar av el. Clausius formulering av den andra huvudsatsen hävdar att de måste drivas för att kunna åstadkomma värmeöverföring åt fel håll, från kallt till varmt.

Den första huvudsatsen leder till en energibudget för kylprocesser och värmepumpar som kan uttryckas så här:

Qvarm=Qkall+Win

där Qvarm är värme överfört från maskinen på den varma sidan. Qkall är värme överfört till maskinen på den kalla sidan, och Win är mekanisk energi fört till maskinen, t.ex. el.

Alla 'prestationstal', så kallade godhetstal, har samma generell struktur: Det är kvoten mellan 'vad man vill ha' och 'vad det kostar'.

För en kylprocess som t.ex. ett kylskåp, motsvaras "vad man vill ha" av det värmet Qkall som förs från den kalla sidan medan "vad det kostar" är det arbetet Win som tillförs som el. Det relevanta prestationstalet är köldfaktorn COPkyl som är kvoten mellan Qkall och Win:

COPkyl=WinQkall

"COP" står för den engelska frasen "Coefficient of performance" (prestationstal).

Jämför verkningsgraden för en motor

Den andra huvudsatsen visar att köldfaktorn för ett kylskåp inte kan vara större än kvoten mellan den kalla temperaturen, Tmin, och temperaturskillnaden Tmax−Tmin,

COPkylTminTmax−Tmin

Det är viktigt att temperaturerna i detta uttryck ligger på en temperaturskala med rätt nollpunkt, till exempel Kelvinskalan.

För en värmepump motsvaras 'vad man vill ha' av det värmet Qvarm som förs till den varma sidan medan 'vad det kostar' är det arbetet Win som tillförs som el. Det relevanta prestationstalet är värmefaktorn COPvp som är kvoten mellan \displaystyle \:Q_{\rm varm}\: och \displaystyle \:W_{\rm in}\::

\displaystyle COP_{\rm vp} = \displaystyle \frac{Q_{\rm varm}}{W_{\rm in}}

Den andra huvudsatsen visar att värmefaktorn för en värmepump inte kan vara större än kvoten mellan den varma temperaturen \displaystyle \: T_{\rm max}\: och temperaturskillnaden \displaystyle T_{\rm max} - T_{\rm min}

\displaystyle COP_{\rm vp} \quad \le \quad \displaystyle\frac{T_{\rm max}}{T_{\rm max }-T_{\rm min}}

Det är viktigt att temperaturerna i detta uttryck ligger på en temperaturskala med rätt nollpunkt, t. ex. Kelvinskalan.

Läs om andra följder av den andra huvudsatsen

eller om den andra huvudsatsen själv.