1824-ig azt hitték, hogy az épített hőgépek működőképesek lehetnek tökéletes, vagyis azt gondolták, hogy elérhetik a 100% -os hozamot, vagy ehhez közeli dolgot érték. Más szóval, az akkori tudósok úgy gondolták, hogy képesek felhasználni az összes hőenergiát ezeket a gépeket ellátva - vagyis azt hitték, hogy energiává tudják alakítani ezt az energiát munka.
Sadi Carnot mérnök volt felelős abban az időben, hogy olyan demonstrációkat hajtott végre, amelyekben lehetetlen volt 100% -os hozamot elérni. Sadi azt javasolta, hogy egy ideális elméleti hőgép működjön egy adott cikluson, amelyet ma úgy hívnak Carnot ciklus.
Tüntetésében Carnot két posztulátumot fogalmazott meg, amelyeket még a termodinamika első törvényének kimondása előtt javasoltak. Nézze meg, mit mond Carnot posztulátumai:
Carnot 1. posztulátuma
- Egyetlen rögzített hőmérséklet között működő gép sem hozhat nagyobbat, mint a Carnot ideális gépe, amely ugyanezen hőmérsékletek között működik.
Carnot 2. posztulátuma
- Két hőmérséklet közötti üzemeltetéskor a gép ideál Carnot-nak ugyanolyan hatékonysága van, függetlenül az üzemi folyadéktól, és teljesen megfordítható, energia hozzáadása nélkül.
A Carnot által kimondott posztulátumok szerint láthatjuk a garanciát arra, hogy a hőmotor hatékonysága a hideg és meleg források hőmérsékletének függvénye. Ezen források hőmérsékletének rögzítésével azonban Carnot elméleti gépe képes a legnagyobb hatékonyságot elérni.
A Carnot-ciklus egy idealizált, reverzibilis ciklus, amelyben az üzemfolyadék tökéletes gáz, amely két átalakulásnak felel meg. izotermák ez kettő adiabatikus, közbeiktatva. A gáz által ebben a ciklusban leírt folyamatok a következők:
1.°) izotermikus tágulás DA, amelynek során a gáz érintkezik a TA (meleg forrás) állandó hőmérsékletű rendszerrel, és QA hőmennyiséget kap belőle.
2.°) adiabatikus terjeszkedés AB, amelynek során nincs hőcsere a környezettel. A rendszer a belső energia és így a hőmérséklet csökkenésével végez munkát.
3.°) BC izoterm kontrakció, amelynek során a gáz érintkezik a TB (hideg forrás) állandó hőmérsékletű rendszerrel, amely QB hőmennyiséget ad neki.
4.°) adiabatikus összehúzódás CD, amelynek során a gáz nem cserél hőt a környezettel. A rendszer olyan munkát kap, amely belső energiájának és ezáltal hőmérsékletének növelését szolgálja.
A Carnot-ciklusban hőcserét (QA és QB) és a termodinamikai hőmérsékletek (TA és TB) a hideg és meleg források arányosak, a kapcsolat:
A termikus gép hatékonysági egyenletét behelyettesítve a Carnot-gépre kapjuk:
Figyelembe véve a hideg forrás hőmérsékletét (TB) nulla kelvin (abszolút nulla), akkor η = 1 vagy η = 100%. Ez a tény azonban ellentmond a termodinamika második törvényének, amely garantálja, hogy a 100%, ami arra enged következtetni, hogy egyetlen fizikai rendszer hőmérséklete sem lehet egyenlő nullával abszolút.
Írta: Domitiano Marques
Fizikából végzett
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm