Kitaran dan Carnot's Theorem • James Trefil, Encyclopedia "Dua ratus hukum alam semesta"

Kitaran dan teorem Carnot

Mesin yang ideal dalam kehidupan sebenar tidak wujud, ia hanya membina mental. Setiap mesin hipotetikal ini, di antaranya enjin karnot menduduki tempat yang penting, menggambarkan beberapa kesimpulan teoritis penting. (Walaupun kunci udara yang dipanggil gerakan kekal berfungsi pada dasarnya, hanya untuk menunjukkan bahawa tenaga tidak boleh diperolehi daripada apa-apa.) Enjin Carnot, yang merupakan asas kerja enjin haba ideal, dicipta oleh jurutera Perancis, Sadi Carnot dua puluh tahun sebelum ini, bagaimana asas-asas termodinamik dirumuskan, tetapi ia menggambarkan akibat penting undang-undang termodinamik kedua.

Bahagian kerja enjin Carnot boleh dianggap sebagai omboh dalam silinder yang diisi dengan gas. Oleh sebab enjin Carnot adalah mesin teoritis murni, iaitu ideal, daya geseran di antara omboh dan silinder dan kehilangan haba dianggap sifar. Omboh boleh bergerak bebas antara dua takungan haba – dengan suhu yang tinggi dan suhu rendah. (Untuk kemudahan, bayangkan bahawa takungan panas panas dipanaskan dengan membakar campuran petrol dengan udara,dan yang sejuk disejukkan oleh air atau udara pada suhu bilik.) Kitar empat fasa ideal berikut berlaku dalam enjin haba ini:

1. Pertama silinder datang bersentuhan dengan tangki panas dan gas ideal mengembang pada suhu malar. Dalam fasa ini, gas menerima sejumlah haba dari takungan panas.
2. Kemudian silinder dikelilingi oleh penebat terma yang sempurna, kerana jumlah haba yang tersedia untuk gas dipelihara dan gas terus berkembang sehingga suhunya jatuh ke suhu takungan haba sejuk.
3. Pada fasa ketiga, penebat haba dikeluarkan, dan gas dalam silinder, yang bersentuhan dengan tangki sejuk, dimampatkan, memberikan sebahagian daripada haba ke tangki sejuk.
4. Apabila mampatan mencapai titik tertentu, silinder sekali lagi dikelilingi oleh penebat haba, dan gas dimampatkan dengan menaikkan omboh sehingga suhunya sama dengan suhu tangki panas. Selepas itu, penebat dikeluarkan dan kitaran diulangi semula dari fasa pertama.

Enjin Carnot mempunyai banyak persamaan dengan enjin sebenar: ia berfungsi dalam kitaran tertutup (yang dipanggil, masing-masing, Kitaran Carnot); ia menerima tenaga dari luar kerana proses suhu tinggi (contohnya, semasa membakar bahan api); sebahagian daripada tenaga itu hilang ke persekitaran. Dalam kes ini, kerja tertentu dilakukan (dalam kes enjin Carnot, disebabkan oleh gerakan translasi omboh). Kecekapan, atau kecekapan Enjin Carnot ditakrifkan sebagai nisbah kerja yang dilakukan kepada tenaga (dalam bentuk haba) yang diambil dari tangki panas. Ia mudah untuk membuktikan kecekapan itu (E) dinyatakan dengan formula:

E = 1 – (Tc/Th),

di mana Tc dan Th – masing-masing, suhu tangki sejuk dan panas (dalam kelvin). Jelas sekali, kecekapan enjin Carnot kurang daripada 1 (atau 100%).

Wawasan yang baik Carnot adalah bahawa dia menunjukkan bahawa tidak satu enjin haba yang beroperasi pada dua suhu tertentu boleh menjadi lebih efisien daripada enjin Carnot yang ideal (pernyataan ini dipanggil Teorem Carnot). Jika tidak, kita akan menghadapi pelanggaran undang-undang termodinamik kedua, kerana enjin sedemikian akan mengambil haba dari takungan yang kurang panas dan memindahkannya ke tempat yang lebih panas. (Malah, undang-undang termodinamik kedua adalah akibat daripada teorema Carnot.) Oleh itu, nisbah Carnot yang diperolehi menetapkan had kecekapan enjin sebenar yang bekerja di dunia sebenar. Anda boleh mendekatinya, tetapi untuk mencapai dan, terutamanya untuk tidak melepasi juruteranya tidak boleh. Oleh itu, enjin semata-mata hipotetikal Carnot memainkan peranan penting dalam dunia jentera yang sebenar, bising dan wangi, yang merupakan contoh lain dari nilai yang diterapkan secara teoritis semata-mata, pada pandangan pertama, penyelidikan.

Nicola Leonar Sadi Carnot
Nicolas Léonard Sadi Carnot, 1796-1832

Jurutera fizik dan tentera Perancis. Dilahirkan di Paris. Bapanya, Lazare Nicola Marguerite Carnot (1753-1823), adalah seorang negarawan terkemuka di era Napoleon, tetapi sebagai seorang ahli politik dan ahli politik, dia mendapat masa untuk belajar matematik tulen. Sadi Carnot belajar di Sekolah Politeknik yang terkenal dan selepas menamatkan pengajian pada tahun 1814, beliau telah menjadi sukarelawan di bawah komando Napoleon Bonaparte, di mana dia berkhidmat sebagai seorang jurutera tentera sehingga kejatuhan Napoleon pada tahun 1819. Selepas itu, Sadi Carnot meninggalkan perkhidmatan ketenteraan dan terlibat dalam kajian sains, ekonomi dan seni. Beliau juga berminat dengan perkembangan industri dan teknologi baru pada masa itu. Mengambil pembuktian teoritis mengenai prinsip-prinsip operasi enjin wap, Carnot menjadi salah satu peneroka termodinamik dan menawarkan model terkenalnya enjin yang ideal.Sadi Carnot menerbitkan idea-ideanya pada tahun 1824 dalam bentuk risalah asas "Refleksi terhadap penggerak kebakaran dan mesin yang dapat membangun kuasa ini" (Réflexions sur la puissance motrice du feu et les machines propres à développer cette puissance). Kembali pada tahun 1832 untuk perkhidmatan ketenteraan dengan pangkat kapten, Sadi Carnot tidak lama lagi mati secara tiba-tiba pada usia hanya 36 tahun dari kolera pada latar belakang demam merah.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: