Carnot-maskiner. Hvordan fungerer Carnot-maskinen?

Inntil 1824 ble det antatt at de termiske maskinene som ble bygget, kunne fungere perfekt, det vil si at man trodde at de kunne nå 100% avkastning, eller noe i nærheten av det verdi. Med andre ord trodde forskere den gangen at de kunne benytte seg av all termisk energi levert til disse maskinene - det vil si at de trodde de kunne forvandle all den energien til arbeid.

Ingeniør Sadi Carnot var den gang ansvarlig for å gjøre demonstrasjoner der det var umulig å oppnå 100% avkastning. Sadi foreslo at en ideell teoretisk termisk maskin ville fungere gjennom en bestemt syklus, nå kalt Carnot-syklus.

I sin demonstrasjon konseptualiserte Carnot to postulater, som ble foreslått allerede før termodynamikkens første lov ble uttalt. Se hva Carnots postulater uttaler:

1. postulat av Carnot

• Ingen maskiner som opererer mellom to faste temperaturer kan gi større enn Carnots ideelle maskin som opererer mellom de samme temperaturene.

2. postulat av Carnot

• Når du bruker mellom to temperaturer, må maskinen
  ideell av Carnot har samme ytelse, uansett driftsvæske, og er fullstendig reversibel, uten å tilsette energi.

I følge postene som er fremlagt av Carnot, kan vi se garantien for at effektiviteten til en termisk motor er en funksjon av temperaturene i de varme og kalde kildene. Imidlertid, ved å fikse temperaturene til disse kildene, er Carnots teoretiske maskin den som klarer å ha høyest effektivitet.

Carnot-syklusen er en idealisert, reversibel syklus der driftsvæsken er en perfekt gass, som tilsvarer to transformasjoner. isotermer det er to adiabatisk, ispedd. Prosessene beskrevet av gassen i denne syklusen er:

Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)

1.°) isoterm ekspansjon DA, hvor gassen er i kontakt med TA (varmekilde) med konstant temperatur, og mottar en mengde varme QA fra den.

2.°) adiabatic expansion AB, hvor det ikke er varmeutveksling med miljøet. Systemet utfører arbeid med en reduksjon i intern energi og derfor i temperatur.

3.°) BC isotermisk sammentrekning, hvor gassen er i kontakt med systemet med konstant temperatur TB (kald kilde), noe som gir den en mengde varme QB.

4.°) adiabatisk sammentreknings-CD, hvor gassen ikke bytter varme med miljøet. Systemet mottar arbeid, som tjener til å øke sin indre energi og dermed temperaturen.

I Carnot-syklusen, varmevekslet (Spørsmål_DE og Q_B) og termodynamiske temperaturer (T_DE og T_B) av varme og kalde kilder er proporsjonale, forholdet er:

Ved å erstatte effektivitetsligningen til en termisk maskin får vi for Carnot-maskinen:

Med tanke på temperaturen på den kalde kilden (T_B) lik null kelvin (absolutt null), har vi η = 1 eller η = 100%. Imidlertid strider dette faktum med den andre loven om termodynamikk, som garanterer at en inntekt på 100%, noe som får oss til å konkludere med at ingen fysiske systemer kan ha en temperatur lik null absolutt.

Av Domitiano Marques
Uteksamen i fysikk

Vil du referere til denne teksten i et skole- eller akademisk arbeid? Se:

SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Carnot Machines"; Brasilskolen. Tilgjengelig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm. Tilgang 27. juni 2021.