До 1824 г. се смяташе, че построените топлинни машини могат да претърпят функциониране перфектно, тоест се смяташе, че те могат да достигнат 100% добив или нещо близко до това стойност. С други думи, учените по това време вярвали, че могат да използват цялата топлинна енергия доставяни на тези машини - тоест те вярвали, че могат да трансформират цялата тази енергия в работа.
По това време инженер Сади Карно беше отговорен за правенето на демонстрации, при които беше невъзможно да се получи 100% добив. Сади предложи идеалната теоретична термична машина да работи през определен цикъл, наречен сега Цикъл на Карно.
В своята демонстрация Карно концептуализира два постулата, които бяха предложени още преди да бъде обявен първият закон на термодинамиката. Вижте какво изтъкват постулатите на Карно:
1-ви постулат на Карно
- Никоя машина, работеща между две фиксирани температури, не може да даде по-висока от идеалната машина на Carnot, работеща между същите температури.
2-ри постулат на Карно
- Когато работи между две температури, машината идеален на Carnot има еднакви показатели, независимо от работната течност, и е напълно обратим, без добавяне на енергия.
Според постулатите, изказани от Карно, можем да видим гаранцията, че ефективността на топлинния двигател е функция от температурите на горещите и студените източници. Чрез фиксиране на температурите на тези източници теоретичната машина на Карно е тази, която успява да има най-висока ефективност.
Цикълът на Карно е идеализиран, обратим цикъл, при който работният флуид е перфектен газ, което съответства на две трансформации. изотерми това е две адиабатен, разпръснати. Процесите, описани от газа в този цикъл, са:
1.°) изотермично разширение DA, по време на който газът е в контакт със системата с постоянна температура TA (горещ източник), като получава от нея количество топлина QA.
2.°) адиабатно разширение AB, по време на които няма топлообмен с околната среда. Системата извършва работа с намаляване на вътрешната енергия и следователно на температурата.
3.°) BC изотермично свиване, по време на който газът е в контакт със системата с постоянна температура TB (източник на студ), което му дава количество топлина QB.
4.°) CD с адиабатно свиване, по време на който газът не обменя топлина с околната среда. Системата получава работа, която служи за увеличаване на нейната вътрешна енергия и следователно температурата.
В цикъла на Карно топлообменът (Въпрос:НА и QБ.) и термодинамични температури (TНА и ТБ.) на горещите и студените източници са пропорционални, като връзката е:
Замествайки в уравнението на ефективността на термична машина, получаваме за машината на Карно:
Като се има предвид температурата на студения източник (TБ.) равно на нула келвин (абсолютна нула), имаме η = 1 или η = 100%. Този факт обаче противоречи на втория закон на термодинамиката, който гарантира, че доход от 100%, което ни кара да заключим, че никоя физическа система не може да има температура, равна на нула абсолютно.
От Домициано Маркис
Завършва физика
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm
