Hingga tahun 1824 diyakini bahwa mesin termal yang dibuat dapat berfungsi sempurna, yaitu, diperkirakan mereka dapat mencapai hasil 100%, atau sesuatu yang mendekati itu nilai. Dengan kata lain, para ilmuwan pada saat itu percaya bahwa mereka dapat menggunakan semua energi panas dipasok ke mesin ini – yaitu, mereka percaya bahwa mereka dapat mengubah semua energi itu menjadi kerja.
Insinyur Sadi Carnot bertanggung jawab, pada saat itu, untuk membuat demonstrasi di mana tidak mungkin untuk mendapatkan hasil 100%. Sadi mengusulkan bahwa mesin termal teoretis yang ideal akan bekerja melalui siklus tertentu, yang sekarang disebut Siklus Carnot.
Dalam demonstrasinya, Carnot mengkonseptualisasikan dua postulat, yang diusulkan bahkan sebelum hukum pertama termodinamika diucapkan. Lihat apa yang dinyatakan oleh postulat Carnot:
Postulat 1 Carnot
- Tidak ada mesin yang beroperasi di antara dua suhu tetap yang dapat menghasilkan lebih besar dari mesin ideal Carnot yang beroperasi di antara suhu yang sama tersebut.
Postulat 2 Carnot
- Saat beroperasi di antara dua suhu, mesin ideal dari Carnot memiliki efisiensi yang sama, apa pun fluida operasinya, dan sepenuhnya reversibel, tanpa menambah energi.
Menurut postulat yang dikemukakan oleh Carnot, kita dapat melihat jaminan bahwa efisiensi mesin termal adalah fungsi dari suhu sumber panas dan dingin. Namun, dengan menetapkan suhu sumber-sumber ini, mesin teoretis Carnot adalah yang berhasil memiliki efisiensi tertinggi.
Siklus Carnot adalah siklus ideal yang dapat dibalik, di mana fluida operasi adalah gas sempurna, yang sesuai dengan dua transformasi. isoterm itu dua adiabatik, diselingi. Proses yang dijelaskan oleh gas dalam siklus ini adalah:
Jangan berhenti sekarang... Ada lagi setelah iklan ;)
1.°) ekspansi isotermal DA, di mana gas berada dalam kontak dengan sistem suhu konstan TA (sumber panas), menerima sejumlah panas QA darinya.
2.°) ekspansi adiabatik AB, di mana tidak ada pertukaran panas dengan lingkungan. Sistem melakukan pekerjaan dengan penurunan energi internal dan, oleh karena itu, dalam suhu.
3.°) Kontraksi isotermal BC, selama gas berada dalam kontak dengan sistem suhu konstan TB (sumber dingin), memberikan sejumlah panas QB.
4.°) CD kontraksi adiabatik, di mana gas tidak bertukar panas dengan lingkungan. Sistem menerima pekerjaan, yang berfungsi untuk meningkatkan energi internal dan karena itu suhunya.
Dalam siklus Carnot, pertukaran panas (QITU dan QB) dan suhu termodinamika (TITU dan TB) dari sumber panas dan dingin sebanding, hubungannya adalah:
Mengganti persamaan efisiensi mesin termal, kami memperoleh, untuk mesin Carnot:
Mempertimbangkan suhu sumber dingin (TB) sama dengan nol kelvin (nol mutlak), kita memiliki = 1 atau = 100%. Namun, fakta ini bertentangan dengan hukum kedua termodinamika, yang menjamin bahwa pendapatan sebesar 100%, yang membuat kita menyimpulkan bahwa tidak ada sistem fisik yang dapat memiliki suhu sama dengan nol mutlak.
Oleh Domitiano Marques
Lulus Fisika
Apakah Anda ingin mereferensikan teks ini di sekolah atau karya akademis? Lihat:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Mesin Carnot"; Sekolah Brasil. Tersedia di: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm. Diakses pada 27 Juni 2021.
