Do roku 1824 sa verilo, že postavené tepelné stroje môžu podstúpiť funkčnosť perfektné, to znamená, že sa myslelo, že môžu dosiahnuť 100% výnos alebo niečo podobné hodnotu. Inými slovami, vtedajší vedci verili, že môžu využívať všetku tepelnú energiu dodávané týmto strojom - to znamená, že verili, že dokážu všetku túto energiu premeniť na práca.
Inžinier Sadi Carnot bol v tom čase zodpovedný za uskutočnenie demonštrácií, pri ktorých nebolo možné získať 100% výnos. Sadi navrhol, že ideálny teoretický tepelný stroj bude pracovať v určitom cykle, ktorý sa teraz nazýva Carnotov cyklus.
Na svojej demonštrácii Carnot konceptualizoval dva postuláty, ktoré boli navrhnuté ešte predtým, ako bol vyhlásený prvý zákon termodynamiky. Zistite, čo Carnotove postuláty vyjadrujú:
1. Carnotov postulát
- Žiadny stroj pracujúci medzi dvoma stálymi teplotami nemôže poskytnúť vyššiu hodnotu, ako je ideálny stroj Carnot pracujúci medzi rovnakými teplotami.
2. postulát Carnota
- Pri prevádzke medzi dvoma teplotami stroj ideálne Carnot má rovnaký výkon bez ohľadu na prevádzkovú kvapalinu a je úplne reverzibilné, bez pridania energie.
Podľa postulátov, ktoré uviedol Carnot, môžeme vidieť záruku, že účinnosť tepelného motora je funkciou teplôt teplých a studených zdrojov. Stanovením teplôt týchto zdrojov je však Carnotov teoretický stroj ten, ktorý dokáže dosahovať najvyššiu účinnosť.
Carnotov cyklus je idealizovaný, reverzibilný cyklus, v ktorom je prevádzkovou kvapalinou dokonalý plyn, ktorý zodpovedá dvom transformáciám. izotermy to sú dva adiabatický, preložené. Procesy opísané plynom v tomto cykle sú:
1.°) izotermická expanzia DA, počas ktorého je plyn v kontakte so systémom konštantnej teploty TA (horúci zdroj), ktorý z neho prijíma množstvo tepla QA.
2.°) adiabatická expanzia AB, počas ktorého nedochádza k výmene tepla s prostredím. Systém vykonáva prácu so znížením vnútornej energie, a teda aj teploty.
3.°) BC izotermická kontrakcia, počas ktorého je plyn v kontakte so systémom konštantnej teploty TB (studený zdroj), ktorý mu dodáva množstvo tepla QB.
4.°) adiabatická kontrakcia CD, pri ktorom plyn nemení teplo s okolitým prostredím. Systém prijíma prácu, ktorá slúži na zvýšenie jeho vnútornej energie a tým aj teploty.
V Carnotovom cykle došlo k výmene tepla (QTHE a QB) a termodynamické teploty (T.THE a TB) teplých a studených zdrojov sú proporcionálne, pričom vzťah je:
Dosadením do rovnice účinnosti tepelného stroja získame pre stroj Carnot:
Vzhľadom na teplotu zdroja chladu (TB) rovnajúci sa nule kelvinu (absolútna nula), máme η = 1 alebo η = 100%. Táto skutočnosť je však v rozpore s druhým termodynamickým zákonom, ktorý zaručuje príjem vo výške 100%, čo nás vedie k záveru, že žiadny fyzický systém nemôže mať teplotu rovnajúcu sa nule absolútna.
Autor: Domitiano Marques
Vyštudoval fyziku
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm