จนถึงปี พ.ศ. 2367 เชื่อกันว่าเครื่องทำความร้อนที่สร้างขึ้นสามารถทำงานได้หรือไม่? สมบูรณ์แบบ กล่าวคือ คิดว่าสามารถให้ผลผลิตได้ถึง 100% หรือใกล้เคียงกัน ค่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ในขณะนั้นเชื่อว่าพวกเขาสามารถใช้พลังงานความร้อนทั้งหมดได้ ที่จัดหาให้กับเครื่องจักรเหล่านี้ – นั่นคือ พวกเขาเชื่อว่าพวกเขาสามารถแปลงพลังงานทั้งหมดนั้นให้เป็น งาน.
ในขณะนั้นวิศวกร Sadi Carnot มีหน้าที่รับผิดชอบในการสาธิตซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับผลตอบแทน 100% Sadi เสนอว่าเครื่องทำความร้อนเชิงทฤษฎีในอุดมคติจะทำงานผ่านวงจรเฉพาะ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า วงจรการ์โนต์.
ในการสาธิตของเขา Carnot ได้วางแนวคิดเกี่ยวกับสัจธรรมสองประการ ซึ่งถูกเสนอก่อนที่จะประกาศกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ดูว่า Carnot's postulates ระบุอะไร:
หลักธรรมข้อที่ 1 ของการ์โนต์
- ไม่มีเครื่องจักรใดที่ทำงานระหว่างอุณหภูมิคงที่สองอุณหภูมิที่สามารถให้ผลมากกว่าเครื่องจักรในอุดมคติของ Carnot ที่ทำงานระหว่างอุณหภูมิเดียวกันเหล่านั้น
หลักธรรมข้อที่ 2 ของการ์โนต์
- เมื่อทำงานระหว่างสองอุณหภูมิ เครื่อง ในอุดมคติ ของ Carnot มีประสิทธิภาพเท่ากันไม่ว่าจะเป็นของไหลทำงานอะไรก็ตามและครบถ้วน ย้อนกลับได้โดยไม่ต้องเติมพลังงาน
ตามหลักสัจธรรมของ Carnot เราจะเห็นการรับประกันว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ระบายความร้อนเป็นหน้าที่ของอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดร้อนและเย็น อย่างไรก็ตาม ด้วยการตรึงอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดเหล่านี้ เครื่องจักรทางทฤษฎีของ Carnot จึงเป็นเครื่องที่จัดการให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
วัฏจักรคาร์โนต์เป็นวัฏจักรที่พลิกกลับได้ในอุดมคติ ซึ่งของเหลวปฏิบัติการเป็นก๊าซสมบูรณ์ ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงสองครั้ง ไอโซเทอร์ม มันสอง อะเดียแบติก, กระจัดกระจาย. กระบวนการที่อธิบายโดยก๊าซในรอบนี้คือ:
1.°) การขยายตัวของอุณหภูมิความร้อน DA ในระหว่างที่ก๊าซสัมผัสกับระบบอุณหภูมิคงที่ TA (แหล่งความร้อน) โดยได้รับปริมาณความร้อนจาก QA
2.°) อะเดียแบติกขยายตัว AB, ในระหว่างที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม ระบบทำงานโดยลดพลังงานภายในและทำให้อุณหภูมิลดลง
3.°) BC การหดตัวของอุณหภูมิความร้อน, ในระหว่างที่ก๊าซสัมผัสกับระบบอุณหภูมิคงที่ TB (แหล่งความเย็น) ให้ปริมาณความร้อน QB
4.°) CD หดตัวแบบอะเดียแบติกในระหว่างที่ก๊าซไม่แลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม ระบบรับงานซึ่งทำหน้าที่เพิ่มพลังงานภายในและอุณหภูมิของมัน
ในวัฏจักรการ์โนต์ การแลกเปลี่ยนความร้อน (คิวเธ และ Qบี) และอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ (Tเธ และ Tบี) ของแหล่งกำเนิดร้อนและเย็นเป็นสัดส่วน ความสัมพันธ์คือ:
เราได้แทนสมการประสิทธิภาพของเครื่องเทอร์มอลสำหรับเครื่องคาร์โนต์:
พิจารณาอุณหภูมิของแหล่งความเย็น (ตู่บี) เท่ากับศูนย์เคลวิน (ศูนย์สัมบูรณ์) เรามี η = 1 หรือ η = 100% อย่างไรก็ตาม ความจริงข้อนี้ขัดกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งรับประกันว่ารายได้ของ 100% ซึ่งทำให้เราสรุปได้ว่าไม่มีระบบกายภาพใดสามารถมีอุณหภูมิเท่ากับศูนย์ได้ แน่นอน
โดย Domitiano Marques
จบฟิสิกส์
ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquinas-carnot.htm
