Μέχρι το 1824 πιστεύεται ότι οι θερμικές μηχανές που κατασκευάστηκαν θα μπορούσαν να υποστούν λειτουργία τέλειο, δηλαδή, πιστεύεται ότι θα μπορούσαν να φτάσουν το 100% της απόδοσης, ή κάτι κοντά σε αυτό αξία. Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες τότε πίστευαν ότι μπορούσαν να κάνουν χρήση όλης της θερμικής ενέργειας παρέχονται σε αυτές τις μηχανές - δηλαδή, πίστευαν ότι θα μπορούσαν να μετατρέψουν όλη αυτή την ενέργεια σε εργασία.
Ο μηχανικός Sadi Carnot ήταν υπεύθυνος, τότε, για την πραγματοποίηση διαδηλώσεων στις οποίες ήταν αδύνατο να επιτευχθεί απόδοση 100%. Ο Σάτι πρότεινε ότι μια ιδανική θεωρητική θερμική μηχανή θα λειτουργούσε σε έναν συγκεκριμένο κύκλο, που ονομάζεται τώρα Κύκλος Carnot.
Στην επίδειξή του, ο Carnot αντιλήφθηκε δύο αξιώματα, τα οποία προτάθηκαν ακόμη και προτού διατυπωθεί ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. Δείτε τι δηλώνουν τα αξιώματα του Carnot:
1ο αξίωμα του Carnot
- Κανένα μηχάνημα που λειτουργεί μεταξύ δύο σταθερών θερμοκρασιών δεν μπορεί να αποδώσει μεγαλύτερη από την ιδανική μηχανή της Carnot που λειτουργεί μεταξύ αυτών των ίδιων θερμοκρασιών.
2ο αξίωμα του Carnot
- Κατά τη λειτουργία μεταξύ δύο θερμοκρασιών, το μηχάνημα ιδανικό της Carnot έχει την ίδια απόδοση, ανεξάρτητα από το ρευστό λειτουργίας, και είναι εντελώς αναστρεπτός, χωρίς προσθήκη ενέργειας.
Σύμφωνα με τα αξιώματα που διατυπώνει ο Carnot, μπορούμε να δούμε την εγγύηση ότι η απόδοση ενός θερμικού κινητήρα είναι συνάρτηση των θερμοκρασιών των θερμών και κρύων πηγών. Ωστόσο, καθορίζοντας τις θερμοκρασίες αυτών των πηγών, η θεωρητική μηχανή του Carnot είναι αυτή που καταφέρνει να έχει την υψηλότερη απόδοση.
Ο κύκλος Carnot είναι ένας ιδανικός, αναστρέψιμος κύκλος, στον οποίο το λειτουργικό ρευστό είναι ένα τέλειο αέριο, το οποίο αντιστοιχεί σε δύο μετασχηματισμούς. ισόθερμοι είναι δύο αδιαβατικός, διάσπαρτα. Οι διαδικασίες που περιγράφονται από το αέριο σε αυτόν τον κύκλο είναι:
1.°) ισοθερμική επέκταση DA, κατά το οποίο το αέριο έρχεται σε επαφή με το σύστημα σταθερής θερμοκρασίας TA (θερμή πηγή), λαμβάνοντας από αυτό ποσότητα θερμότητας QA.
2.°) αδιαβατική επέκταση AB, κατά την οποία δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον. Το σύστημα εκτελεί εργασίες με μείωση της εσωτερικής ενέργειας και, συνεπώς, στη θερμοκρασία.
3.°) BC ισοθερμική συστολή, κατά τη διάρκεια του οποίου το αέριο έρχεται σε επαφή με το σύστημα σταθερής θερμοκρασίας TB (ψυχρή πηγή), δίνοντάς του ποσότητα θερμότητας QB.
4.°) CD αδιαβατικής συστολής, κατά τη διάρκεια του οποίου το αέριο δεν ανταλλάσσει θερμότητα με το περιβάλλον. Το σύστημα δέχεται εργασία, η οποία χρησιμεύει για την αύξηση της εσωτερικής του ενέργειας και επομένως της θερμοκρασίας του.
Στον κύκλο Carnot, η ανταλλαγή θερμότητας (ΕρΟ και Qσι) και θερμοδυναμικές θερμοκρασίες (ΤΟ και Τσι) από τις πηγές ζεστού και κρύου είναι ανάλογες, η σχέση είναι:
Αντικαθιστώντας στην εξίσωση απόδοσης μιας θερμικής μηχανής, λαμβάνουμε, για τη μηχανή Carnot:
Λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία της ψυχρής πηγής (Τσι) ίσο με μηδέν kelvin (απόλυτο μηδέν), έχουμε η = 1 ή η = 100%. Ωστόσο, αυτό το γεγονός έρχεται σε αντίθεση με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, ο οποίος εγγυάται ότι ένα εισόδημα 100%, κάτι που μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι κανένα φυσικό σύστημα δεν μπορεί να έχει θερμοκρασία ίση με το μηδέν απόλυτος.
Από τον Domitiano Marques
Αποφοίτησε στη Φυσική
Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm
