Vuoteen 1824 asti uskottiin, että rakennetut lämpökoneet voisivat toimia täydellinen, eli ajateltiin, että ne voisivat saavuttaa sataprosenttisen tuoton tai jotain lähellä sitä arvo. Toisin sanoen tutkijat uskoivat tuolloin voivansa käyttää kaiken lämpöenergian toimitettiin näille koneille - toisin sanoen he uskoivat voivansa muuntaa kaiken energian työ.
Insinööri Sadi Carnot oli tuolloin vastuussa sellaisten mielenosoitusten tekemisestä, joissa sataprosenttisen tuoton saaminen oli mahdotonta. Sadi ehdotti, että ihanteellinen teoreettinen lämpökone toimisi tietyn syklin läpi, jota nyt kutsutaan Carnot-sykli.
Esityksessään Carnot käsitteli kaksi postulaattia, joita ehdotettiin jo ennen kuin termodynamiikan ensimmäinen laki julistettiin. Katso, mitä Carnotin postulaatit sanovat:
Carnotin ensimmäinen postulaatti
- Mikään kone, joka toimii kahden kiinteän lämpötilan välillä, ei voi tuottaa suurempaa kuin Carnotin ihanteellinen kone, joka toimii näiden samojen lämpötilojen välillä.
Carnotin toinen postulaatti
- Kun käytät kahta lämpötilaa, kone ihanteellinen Carnotilla on sama hyötysuhde, riippumatta toimintanesteestä, ja se on täysin palautuva, lisäämättä energiaa.
Carnotin esittämien postulaattien mukaan voimme taata, että lämpömoottorin tehokkuus riippuu kuumien ja kylmien lähteiden lämpötiloista. Vahvistamalla näiden lähteiden lämpötilat Carnotin teoreettinen kone on kuitenkin se, jolla on suurin hyötysuhde.
Carnot-sykli on idealisoitu, palautuva sykli, jossa käyttöneste on täydellinen kaasu, joka vastaa kahta muunnosta. isotermit se on kaksi adiabaattinen, välissä. Tässä syklissä kaasun kuvaamat prosessit ovat:
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
1.°) isoterminen laajeneminen DA, jonka aikana kaasu on kosketuksessa vakiolämpötilajärjestelmän TA (kuuma lähde) kanssa, jolloin se vastaanottaa lämpömäärän QA.
2.°) adiabaattinen laajennus AB, jonka aikana ei tapahdu lämmönvaihtoa ympäristön kanssa. Järjestelmä suorittaa työtä sisäisen energian ja siten lämpötilan laskiessa.
3.°) BC isoterminen supistuminen, jonka aikana kaasu on kosketuksessa vakiolämpötilajärjestelmän TB (kylmälähde) kanssa, mikä antaa sille lämpömäärän QB.
4.°) adiabaattinen supistumis-CD, jonka aikana kaasu ei vaihda lämpöä ympäristön kanssa. Järjestelmä saa työtä, joka lisää sen sisäistä energiaa ja siten lämpötilaa.
Carnot-syklissä lämmönvaihto (QTHE ja QB) ja termodynaamiset lämpötilat (TTHE ja TB) kuumien ja kylmien lähteiden välillä ovat suhteellisia, suhde on:
Korvaamalla lämpökoneen tehokkuusyhtälö saadaan Carnot-koneelle:
Kun otetaan huomioon kylmälähteen lämpötila (TB) on nolla kelvin (absoluuttinen nolla), meillä on η = 1 tai η = 100%. Tämä tosiasia on kuitenkin ristiriidassa toisen termodynamiikan lain kanssa, joka takaa, että tulo on 100%, mikä johtaa siihen johtopäätökseen, että minkään fyysisen järjestelmän lämpötila ei voi olla nolla ehdoton.
Kirjoittanut Domitiano Marques
Valmistunut fysiikasta
Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Carnot-koneet"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm. Pääsy 27. kesäkuuta 2021.
