Do 1824 r. wierzono, że zbudowane maszyny cieplne mogą funkcjonować idealne, to znaczy uważano, że mogą osiągnąć 100% plon lub coś podobnego wartość. Innymi słowy, naukowcy w tamtym czasie wierzyli, że mogą wykorzystać całą energię cieplną dostarczane do tych maszyn – to znaczy wierzyły, że mogą przekształcić całą tę energię w praca.
Inżynier Sadi Carnot był wówczas odpowiedzialny za wykonanie pokazów, w których niemożliwe było uzyskanie 100% wydajności. Sadi zaproponował, że idealna teoretyczna maszyna cieplna będzie działać w określonym cyklu, zwanym teraz Cykl Carnota.
W swojej demonstracji Carnot skonceptualizował dwa postulaty, które zostały wysunięte jeszcze przed ogłoszeniem pierwszej zasady termodynamiki. Zobacz, co głoszą postulaty Carnota:
I postulat Carnota
- Żadna maszyna pracująca między dwiema ustalonymi temperaturami nie może wydać więcej niż idealna maszyna Carnota działająca w tych samych temperaturach.
II Postulat Carnota
- Podczas pracy między dwiema temperaturami maszyna ideał Carnota ma taką samą wydajność, niezależnie od płynu roboczego i jest całkowicie odwracalny, bez dodawania energii.
Zgodnie z postulatami wysuniętymi przez Carnota, widzimy gwarancję, że sprawność silnika cieplnego jest funkcją temperatur źródeł ciepła i zimna. Jednak ustalając temperatury tych źródeł, teoretyczna maszyna Carnota jest tą, która osiąga najwyższą wydajność.
Cykl Carnota to wyidealizowany, odwracalny cykl, w którym płyn roboczy jest gazem doskonałym, co odpowiada dwóm przemianom. izotermy to dwa adiabatyczny, przeplatane. Procesy opisane przez gaz w tym cyklu to:
1.°) ekspansja izotermiczna DA, podczas którego gaz styka się z układem o stałej temperaturze TA (źródło ciepła), odbierając z niego pewną ilość ciepła QA.
2.°) ekspansja adiabatyczna AB, podczas których nie następuje wymiana ciepła z otoczeniem. System wykonuje pracę ze spadkiem energii wewnętrznej, a tym samym temperatury.
3.°) skurcz izotermiczny BC, podczas którego gaz styka się z układem stałotemperaturowym TB (źródło zimna), dając mu ilość ciepła QB.
4.°) skurcz adiabatyczny CD, podczas której gaz nie wymienia ciepła z otoczeniem. System otrzymuje pracę, która służy do zwiększenia jego energii wewnętrznej, a tym samym jego temperatury.
W cyklu Carnota wymiana ciepła (QTEN i Qb) i temperatury termodynamiczne (TTEN oraz Tb) gorących i zimnych źródeł są proporcjonalne, przy czym zależność wynosi:
Podstawiając w równaniu sprawności maszyny cieplnej otrzymujemy dla maszyny Carnota:
Biorąc pod uwagę temperaturę źródła zimna (Tb) równe zeru kelwinów (zero absolutne), mamy η = 1 lub η = 100%. Fakt ten jest jednak sprzeczny z drugą zasadą termodynamiki, która gwarantuje, że dochód 100%, co prowadzi nas do wniosku, że żaden układ fizyczny nie może mieć temperatury równej zero absolutny.
Autor: Domitiano Marques
Ukończył fizykę
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm
