حتى عام 1824 ، كان يُعتقد أن الآلات الحرارية التي تم بناؤها يمكن أن تعمل مثالي ، أي أنه كان يُعتقد أنها يمكن أن تصل إلى عائد بنسبة 100 ٪ ، أو شيء قريب من ذلك القيمة. بعبارة أخرى ، اعتقد العلماء في ذلك الوقت أن بإمكانهم الاستفادة من كل الطاقة الحرارية تم توفيره لهذه الآلات - أي أنهم اعتقدوا أن بإمكانهم تحويل كل تلك الطاقة إلى الشغل.
كان المهندس سعدي كارنو مسؤولاً ، في ذلك الوقت ، عن إجراء مظاهرات كان من المستحيل فيها الحصول على عائد بنسبة 100٪. اقترح سعدي أن الآلة الحرارية النظرية المثالية ستعمل خلال دورة معينة تسمى الآن دورة كارنو.
في عرضه التوضيحي ، تصور كارنو افتراضين ، تم اقتراحهما حتى قبل إعلان القانون الأول للديناميكا الحرارية. انظر ماذا تنطق مسلمات كارنو:
أول مسلمة كارنو
- لا يمكن لأي آلة تعمل بين درجتين حرارتين ثابتتين أن تسفر عن إنتاج أكبر من آلة Carnot المثالية التي تعمل بين درجات الحرارة نفسها.
2 مسلمة كارنو
- عند التشغيل بين درجتين حرارة ، الجهاز مثالي من Carnot له نفس الكفاءة ، مهما كان سائل التشغيل ، وهو تمامًا تفريغ، بدون إضافة طاقة.
وفقًا للافتراضات التي عبر عنها كارنو ، يمكننا أن نرى الضمان بأن كفاءة المحرك الحراري هي دالة لدرجات حرارة المصادر الساخنة والباردة. ومع ذلك ، من خلال تحديد درجات حرارة هذه المصادر ، فإن آلة كارنو النظرية هي التي تمكنت من تحقيق أعلى كفاءة.
دورة كارنو هي دورة مثالية قابلة للانعكاس ، يكون فيها سائل التشغيل غازًا مثاليًا ، والذي يتوافق مع تحولين. متساوي الحرارة شيئان. أو أنها اثنان ثابت الحرارةتتخللها. العمليات التي وصفها الغاز في هذه الدورة هي:
1.°) توسع متساوي الحرارة DA ، حيث يكون الغاز على اتصال بنظام درجة الحرارة الثابتة TA (مصدر ساخن) ، ويتلقى منه كمية من الحرارة QA.
2.°) توسع ثابت الحرارة AB ، لا يوجد خلالها تبادل حراري مع البيئة. يعمل النظام مع انخفاض في الطاقة الداخلية وبالتالي في درجة الحرارة.
3.°) انكماش متساوي الحرارة قبل الميلاد ، يتلامس خلالها الغاز مع نظام درجة الحرارة الثابتة TB (مصدر بارد) ، مما يمنحه كمية من الحرارة QB.
4.°) قرص مضغوط الانكماش الحراري، حيث لا يتبادل الغاز الحرارة مع البيئة. يتلقى النظام عملًا يعمل على زيادة طاقته الداخلية وبالتالي درجة حرارته.
في دورة كارنو ، تبادل الحرارة (سال وسب) ودرجات الحرارة الديناميكية الحرارية (تال و تب) من المصادر الساخنة والباردة متناسبة ، والعلاقة هي:
استبدال معادلة الكفاءة لآلة حرارية ، نحصل عليها ، لآلة كارنو:
النظر في درجة حرارة المصدر البارد (تيب) يساوي صفر كلفن (صفر مطلق) ، لدينا η = 1 أو η = 100٪. ومع ذلك ، فإن هذه الحقيقة تتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، والذي يضمن الدخل من 100٪ ، وهو ما يقودنا إلى استنتاج أنه لا يوجد نظام فيزيائي يمكن أن يكون له درجة حرارة مساوية للصفر مطلق.
بقلم دوميتيانو ماركيز
تخرج في الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm
