Do 1824. godine vjerovalo se da izgrađeni toplinski strojevi mogu proći kroz funkciju savršeno, odnosno mislilo se da mogu doseći stopostotni prinos ili nešto slično tome vrijednost. Drugim riječima, znanstvenici su u to vrijeme vjerovali da mogu iskoristiti svu toplinsku energiju isporučuje se tim strojevima - to jest vjerovali su da mogu transformirati svu tu energiju u raditi.
Inženjer Sadi Carnot u to je vrijeme bio odgovoran za demonstracije u kojima je bilo nemoguće dobiti 100% prinos. Sadi je predložio da bi idealni teoretski termički stroj mogao raditi kroz određeni ciklus, koji se sada naziva Carnotov ciklus.
U svojoj demonstraciji Carnot je konceptualizirao dva postulata koja su bila predložena čak i prije nego što je objavljen prvi zakon termodinamike. Pogledajte što objavljuju Carnotovi postulati:
1. postulat Carnota
- Nijedan stroj koji radi između dvije fiksne temperature ne može dobiti veći od Carnotovog idealnog stroja koji radi između tih istih temperatura.
2. postulat Carnota
- Kad radi između dvije temperature, stroj idealan Carnota ima istu učinkovitost, bez obzira na radnu tekućinu, i potpuno je reverzibilan, bez dodavanja energije.
Prema postulatima koje je Carnot izgovorio, možemo vidjeti jamstvo da je učinkovitost toplinskog motora funkcija temperatura vrućih i hladnih izvora. Međutim, fiksiranjem temperatura tih izvora, Carnotov teoretski stroj je onaj koji uspijeva imati najveću učinkovitost.
Carnotov ciklus je idealizirani, reverzibilni ciklus, u kojem je radni fluid savršeni plin, što odgovara dvjema transformacijama. izoterme to je dvoje adijabatski, prošarano. Procesi koje plin opisuje u ovom ciklusu su:
Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
1.°) izotermno širenje DA, tijekom kojeg je plin u kontaktu sa sustavom konstantne temperature TA (vrući izvor), primajući iz njega količinu topline QA.
2.°) adijabatsko širenje AB, tijekom kojih nema izmjene topline s okolinom. Sustav izvodi rad s smanjenjem unutarnje energije i, prema tome, temperature.
3.°) BC izotermička kontrakcija, tijekom kojeg je plin u kontaktu sa sustavom konstantne temperature TB (izvor hladnoće), dajući mu količinu topline QB.
4.°) adijabatska kontrakcija CD, tijekom kojih plin ne izmjenjuje toplinu s okolinom. Sustav prima rad koji služi za povećanje njegove unutarnje energije, a time i temperature.
U Carnotovom ciklusu izmjenjena toplina (QTHE i QB) i termodinamičke temperature (TTHE i TB) toplih i hladnih izvora proporcionalni su, a odnos je:
Zamjenjujući jednadžbu učinkovitosti toplinskog stroja, za Carnotov stroj dobivamo:
S obzirom na temperaturu izvora hladnoće (TB) jednaka nuli kelvina (apsolutna nula), imamo η = 1 ili η = 100%. Međutim, ta je činjenica u suprotnosti s drugim zakonom termodinamike, koji jamči da prihod od 100%, što nas navodi na zaključak da niti jedan fizički sustav ne može imati temperaturu jednaku nuli apsolutni.
Napisao Domitiano Marques
Diplomirao fiziku
Želite li uputiti ovaj tekst u školskom ili akademskom radu? Izgled:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Carnotovi strojevi"; Brazil škola. Dostupno u: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm. Pristupljeno 27. lipnja 2021.
