慶應義塾大學、東京大學和學習院大學的研究小組發現了新的基本極限,表明在已有 200 多年曆史的熱力學領域中“什麼不能做”。 “如果你試圖提高效率,每小時的產量將不可避免地下降,”他證明。

 熱力學基於兩個“不可能”的原則:“熱力學第一定律”,即能量不能從無到有,以及“熱力學第二定律”,即熱能不能轉化為 1% 可用的能量。能用多少的比例叫做“效率”,效率有一個上限(卡諾比)。此外,將“熱機”等將熱能轉化為動能和電能的設備每小時能輸出多少能量稱為“功率”。

 這一次,課題組利用最新的“非平衡統計物理學”推導出了一個基本的關係表達式,表明對於普通熱機來說,當效率提高時,功率不可避免地會下降。從這個關係式可以得出結論,為了將發動機的效率提高到上限,必須將發動機的運行速度無限減慢,從而幾乎無法獲得可用能量。據說這個結果消極地解決了舊的爭論“是否可以使用高效利用能源並在短時間內獲得大量能量的熱機?”

 通過了解“不可能”,這一成就將成為新理論體系的基礎。既然能源資源的有效利用很重要,效率和功率之間的原則限制有望作為熱機性能評估的標準和開髮指南。

大學學報在線編輯部

這是大學期刊的在線編輯部。
文章由對大學和教育具有高水平知識和興趣的編輯人員撰寫。