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 еднаква ефективност, 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:
Не спирайте сега... Има още след рекламата;)
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 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
Искате ли да се позовавате на този текст в училище или академична работа? Виж:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. „Карно машини“; Бразилско училище. Наличен в: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm. Достъп на 27 юни 2021 г.
