Până în 1824 se credea că mașinile termice construite ar putea funcționa perfect, adică s-a crezut că ar putea atinge un randament de 100% sau ceva apropiat de acesta valoare. Cu alte cuvinte, oamenii de știință de atunci credeau că pot folosi toată energia termică furnizate acestor mașini - adică credeau că pot transforma toată energia în muncă.
Inginerul Sadi Carnot era responsabil, la vremea respectivă, de a face demonstrații în care era imposibil să se obțină un randament de 100%. Sadi a propus ca o mașină termică teoretică ideală să funcționeze printr-un anumit ciclu, numit acum Ciclul Carnot.
În demonstrația sa, Carnot a conceptualizat două postulate, care au fost propuse chiar înainte de enunțarea primei legi a termodinamicii. Vedeți ce enunță postulatele lui Carnot:
Primul Postulat de Carnot
- Nicio mașină care funcționează între două temperaturi fixe nu poate produce mai mult decât mașina ideală Carnot care funcționează între aceleași temperaturi.
Postul II Carnot
- Când funcționează între două temperaturi, mașina ideal de Carnot are aceeași eficiență, indiferent de fluidul de funcționare, și este complet reversibil, fără a adăuga energie.
Conform postulatelor enunțate de Carnot, putem vedea garanția că eficiența unui motor termic este o funcție a temperaturilor surselor calde și reci. Cu toate acestea, prin fixarea temperaturilor acestor surse, mașina teoretică a lui Carnot este cea care reușește să aibă cea mai mare eficiență.
Ciclul Carnot este un ciclu idealizat, reversibil, în care fluidul de funcționare este un gaz perfect, care corespunde a două transformări. izoterme sunt două adiabatic, intercalat. Procesele descrise de gaz în acest ciclu sunt:
1.°) expansiune izotermă DA, timp în care gazul este în contact cu sistemul de temperatură constantă TA (sursă fierbinte), primind de la acesta o cantitate de căldură QA.
2.°) expansiune adiabatică AB, în timpul căruia nu există schimb de căldură cu mediul înconjurător. Sistemul efectuează lucrări cu o scădere a energiei interne și, prin urmare, a temperaturii.
3.°) Contracție izotermă BC, timp în care gazul este în contact cu sistemul de temperatură constantă TB (sursă rece), oferindu-i o cantitate de căldură QB.
4.°) CD de contracție adiabatică, timp în care gazul nu schimbă căldura cu mediul. Sistemul primește muncă, care servește la creșterea energiei sale interne și, prin urmare, a temperaturii sale.
În ciclul Carnot, căldura schimbată (ÎTHE și QB) și temperaturile termodinamice (TTHE Si tB) din sursele calde și reci sunt proporționale, relația fiind:
Înlocuind în ecuația de eficiență a unei mașini termice, obținem, pentru mașina Carnot:
Având în vedere temperatura sursei reci (TB) egal cu zero kelvin (zero absolut), avem η = 1 sau η = 100%. Cu toate acestea, acest fapt contrazice a doua lege a termodinamicii, care garantează că un venit de 100%, ceea ce ne conduce la concluzia că niciun sistem fizic nu poate avea o temperatură egală cu zero absolut.
De Domitiano Marques
Absolvent în fizică
Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm