熱力學第二定律:空調的使用給原本炎熱的夏天雪上加霜?

2020-12-24 科學角度觀世界

空調在1902年被美國科學家威利斯開利Willis Haviland Carrier所發明,之後迅速發展,到現在人們夏天基本上已經離不開空調,但空調在給我們帶來享受的同時,也在給環境製造麻煩。

當我們聽見「製冷」這個詞時,可不要被這個詞給迷惑了,空調並不是製造出冷氣,而是通過搬運「熱氣」來達到製冷的目的。空調通過不斷地對製冷劑進行壓縮和釋放在室內吸熱和室外放熱,從而將室內的熱量搬運到室外。所以當我們在炎熱的夏天打開空調時,享受了自己,卻痛苦了別人。搬運到外界的熱量讓原本溫度已經很高的室外變得更熱了。

並且空調的作用並不僅僅是將室內的熱量搬運到室外,同時在熱量搬運的過程中做功又會產生大量的熱量,也就是將電能轉換成了熱能。根據熱力學第二定律,熱量不可能從低溫物體自發地傳向高溫物體而不引起其它變化。簡單解釋一下就是熱量如果要從低溫物體傳向高溫物體就一定需要做功,並且如果溫差越大,需要做的功就越多。這也是為什麼如果我們將空調的溫度調得越低,那麼也就越耗電,消耗電能的過程就是做功的過程。

根據熱力學第一定律,能量是守恆的,那麼空調消耗的電能哪裡去了?事實上變成了熱量散發到室外去了,如果我們將室內和室外看成一個整體,使用空調時,整體的熱量是增加了。

我們可以用表達式進行更清晰地說明:

假如原來室內和室外的熱量都是Q,當我們使用空調時,室內的熱量減少ΔQ,熱量變成Q-ΔQ,室內熱量少了,就變涼快了,這些熱量散失到室外,室外的熱量就應該變成Q+ΔQ,但結果並不是這樣,我們忽略了空調的影響,空調在使用過程中是在源源不斷消耗能量的,根據能量守恆,消耗的電能W實際上也會轉換成熱量,也就是說,此時室外的熱量變成了Q+ΔQ+W。所以室外的熱量不僅增加了室內轉移過去的ΔQ,還增加了空調消耗電能轉換成的熱量,這讓原本已經很熱的室外雪上加霜了。

同時空調的耗電量還不小,一般情況下,空調一晚可以消耗近十度電,可以說是一個「用電大戶」,在夏天一個家庭電量消耗量最大的基本就屬空調了。對於一棟寫字樓來說,那消耗的電能更是不可估量,如果是在大城市當中,全是一棟棟鋼筋混凝土的高樓大廈,空調消耗大量的電能轉換成熱量散發出去,熱量難以散發出去,對室外溫度造成的影響將不可忽略,同時,又形成了一個惡性循環,越開空調室外溫度越高,溫度越高,就更得開空調。所以說空調是一個偉大的發明,讓人們免受高溫帶來的痛苦,同時它又是一個自私的發明,享受了自己,難受了別人。

相關焦點

  • 熱力學第二定律
    ②原因:違背了熱力學第二定律,但沒有違背能量守恆定律4.熱力學第二定律①兩種表述:Ⅰ.不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化.,下列說法正確的是A.熱力學第二定律是通過實驗總結出來的實驗定律B.熱力學第二定律是通過大量自然現象的不可逆性總結出來的經驗定律C.熱力學第二定律是物理學家從理論推導得出來的結果D.由於熱力學第二定律沒有理論和實驗的依據
  • 熱力學第二定律的來源
    大家好,歡迎收看我的百家號小林看天下事,今天小編要給大家的介紹的是熱力學第二定律的來源。熱力學第二定律熱力學第二定律用物理學的語言告訴我們,沒有什麼是永恆的。它指出,可以做功的能量會越來越少,這一過程雖然緩慢,卻確實存在。不管是冰箱的運轉,還是宇宙黑洞的物理規律,都遵循熱力學第二定律。有些宇宙學家甚至在思考,這一定律會不會帶來宇宙的終結。
  • 第四節 熱力學第二定律
    4.熱力學第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性,進而使人們認識到自然界中一切與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性,都是不可逆的.特別提醒①在可以引起其他影響的情況下,熱量可以從低溫物體傳到高溫物體,如空調、冰箱等.
  • 熱學 | 熱力學第二定律
    課程:熱學主題:熱力學第二定律1 可逆過程一個系統由某一狀態出發,經過某一過程達到另一狀態,如果存在另一過程,它能使系統和外界完全復原,則原來的過程稱為可逆過程一切不可逆過程都可以利用熱力學第二定律來說明過程進行的方向:「用任何方法都不可能使系統和外界完全復原」等價於「任何一種可能的將系統和外界完全復原的方法都違背熱力學第二定律」。2 熱力學第二定律熱力學第二定律是關於自然過程方向性的定律。開爾文表述和克勞修斯表述是等價的。
  • 熱力學定律背後的故事
    他在科學討論會上只被允許做簡短的口頭報告,當時焦耳所使用的術語不太準確,語言表達也比較混亂,幸虧在場的青年科學家威廉•湯姆遜(即開爾文)即席評價了他的工作,才使與會者注意到焦耳的重大發現。        不久之後,德國的亥姆霍茲全面且精確地闡述了熱力學第一定律。第一定律最初是針對「永動機的設計」而提出的。
  • 熱力學定律很簡單
    2.條件性能量守恆定律是自然界的普遍規律,某一種形式的能是否守恆是有條件的。3.第一類永動機是不可能製成的,它違背了能量守恆定律。知識點三、熱力學第二定律1.熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。
  • 熱力學第二定律不是「天經地義」的「鐵律」
    熱力學第二定律的實質就是:熱量只能自發地從高溫向低溫順向流動,而從來不反流。如果發現了熱量「反流」的事實,熱力學第二定律的實質就被突破了。其實,客觀上存在許多熱力學第二定律的反例:1 .顯然這是違反熱力學第二定律的實例。2 . 用暖水瓶電熱器將暖水瓶中的水燒開,關掉電源後,將電熱器從暖水瓶中取出,,並在冷水中冷卻, 手握的絕緣柄端並不跟著冷卻,反而越來越熱,這又是冷把熱從冷端驅趕至熱端. 顯然這又是一個違反熱力學第二定律的實例。3.
  • 坤鵬論:滿滿哲學味道的熱力學第二定律 它是宇宙級的基本規律
    今天,坤鵬論繼續分享對於熱力學第二定律的學習。熱力學第二定律,以抽象、難以理解著稱。但是,它確實是一個很有哲學意味的定律。不僅表明了熱量轉換的定律,熱機效率的限制,能量質量概念的引入,以及由此而引出的熵的概念。
  • 熱力學第二定律發現了一個漏洞!
    科學家以公式來表示一個數學定理,顯示牛頓第二定律可能至少有一個漏洞。2. 這項發現可能為未來的發現提供依據,也許讓我們能夠在遠端驅動裝置。熱力學第二定律的漏洞違反定律        熱力學第二定律陳述在一個孤立系統內的熵總是在增加,這個堅固的定律一直維持是真的有很長一段時間。
  • 葉方富:時間的箭頭——熱力學第二定律「雲裡·悟理-第27課」
    悟世界之道 析萬物之理,歡迎來到今天的《雲裡·悟理》課堂,我是中科院物理所研究員葉方富,今天我給大家講熱力學第二定律。在之前的熱學課裡,楊義峰老師已經給大家介紹了溫度和熱這兩個非常重要的概念以及熱力學第一定律。我們從中知道了,熱的本質是什麼。但是整個熱力學框架裡,還缺非常重要的一塊,也就是熱力學過程的一個方向性問題。熱力學第二定律,正是這麼一個描述方向性的規律。
  • 當達爾文遇上開爾文:進化論和熱力學第二定律之間不可調和的矛盾
    他就是我們之前提到的,同樣是英國人的,熱力學第二定律的提出者開爾文。還別說,開爾文的質疑對當時的達爾文進化論來說是致命的一擊。在基督教的信仰中,宇宙內所有的物質是上帝創造的,上帝無所不能……那麼就在達爾文提出並完善它的進化論的時候,達爾文的進化論,和克勞修斯等人提出的熱力學第二定律一樣,被不斷引申,不斷添加新的理念。那麼,進化論在某種程度上,也就不可避免地和熱力學第二定律產生了衝突,而且直到今天,當人們提到這兩個理論的時候,還會爭論不休。
  • 【WH002】物理化學知識點總結02——熱力學第二定律
    熱力學第二定律1. 熵及熵判據(1)熵:,熱力學基本方程式(1) 熱力學函數之間的關係H=U-pV,A=U-TS,G=H-TS=A+pV;(2) 熱力學基本方程式在組成不變的封閉系統中,發生非體積功為0的、微小可逆變化過程中,根據熱力學第一定律(dU=δQr+δWr)和熱力學第二定律()可得dU=δQr+δWr=TdS-pdV——熱力學第一定律和熱力學第二定律聯合公式
  • 進化與熱力學第二定律矛盾嗎?
    熱力學中的熵認為宇宙正在變壞,而進化論則認為宇宙正在變好,誰能解釋一下這個矛盾。很多人提出這個矛盾來試圖證明進化是不可能的。然而,提出這個想法的人是因為對熱力學第二定律的錯誤理解,實際上,進化論與任何已知的物理定律都沒有矛盾。
  • 熱力學第二定律(熵增加原理)
    什麼是熱力學第二定律討論熵之前,我們還需要在知識上做一些準備,本文重點在於介紹熱力徐第二定律。
  • 解讀|熱力學第二定律,給我們帶來巨大的指導意義!
    這是相當違反自然定律的事情,相當於桌上有一杯水,突然一半變得越來越熱,另一半越來越冷。根據熱力學第二定律,為了實現它,我們要付出一定的代價:即花費額外的電能。我們花費了很多電能,用來搬移熱量,卻不能消滅熱量。相反,用電本身還會產生更多的熱能。
  • 熱力學第二定律是史上最大悖論?
    熱力學第二定律指出,宇宙將趨於高熵狀態。如果事實如此,那麼當宇宙中所有的物質處於混亂狀態時將會發生什麼?物質還如何守恆呢?讓我們從第二個問題入手。物理學家往往傾向於說能量是守恆的,而不是說物質守恆。在相對論中,我們可以將一個(物體或能量)轉換為另一個,在此過程中能量永遠守恆。
  • 熱學:熱力學定律
    二、熱力學第二定律在物理學中,反映宏觀自然過程的方向性的定律是熱力學第二定律。2.對熱力學第二定律的理解熱力學第二定律的兩種表述都有「而不引起其他變化」,這是我們理解這一定律的關鍵。這個過程可以向一個方向自發地進行,但是向相反的方向不會自發進行。要實現相反方向的過程,必須藉助外界幫助,因而產生了其他影響或引起其他變化。也就是說在引起了其他變化的情況下,熱量也可以從低溫物體傳到高溫物體。
  • 熱力學第二定律被打破:打造永動機或成為可能
    (圖註:從最小原子的產生到遙遠黑洞的崩潰,一切都受熱力學定律的控制。熱力學第二定律從根本上為宇宙存在時間設定了極限,闡明了宇宙中的萬物為什麼終有一天會衰敗。)熱力學四大定律是我們宇宙的基本物理規則之一,19世紀中期由物理學家和工程師共同提出,他們希望這些定律有助於提高蒸汽機的效率。該定律解釋了溫度、能量和熵如何共同作用,創造和摧毀物質。宇宙中一切運動,從最小原子的產生到遙遠黑洞的崩潰,都受這四條定律的控制。熱力學第二定律解釋了系統內能量如何轉化,從有效能量轉化為無效能量。
  • 《我對熱力學第二定律的看法》
    其實這個熱力學第二定律,到達的「熱寂」,我是不贊成這一理論的。宇宙無限循環,生生不息,怎麼會「熱寂」死亡呢?第二定律認為熱量從熱的地方流到冷的地方,對任何物理系統,這都是顯而易見的特性,毫無神秘之處。就最廣泛的意義而言,第二定律認為宇宙的「熵」與日俱增。