Chu kỳ và Định lý Carnot • James Trefil, Bách khoa toàn thư "Hai trăm luật của vũ trụ"

Carnot chu kỳ và định lý

Máy lý tưởng trong cuộc sống thực không tồn tại, nó chỉ là một cấu trúc tinh thần. Mỗi máy giả định, trong số đó động cơ carnot chiếm một vị trí quan trọng, minh họa một số kết luận lý thuyết quan trọng. Động cơ Carnot, là cơ sở của công việc của một động cơ nhiệt lý tưởng, được phát minh bởi một kỹ sư người Pháp Sadi Carnot hai mươi năm trước đây làm thế nào cơ sở của nhiệt động lực học được xây dựng, nhưng nó minh họa một hệ quả quan trọng của định luật thứ hai của nhiệt động lực học.

Phần làm việc của động cơ Carnot có thể được coi là một piston trong một hình trụ chứa đầy khí. Vì động cơ Carnot là một máy hoàn toàn lý thuyết, đó là lý tưởng, lực ma sát giữa piston và xy lanh và tổn thất nhiệt được coi là bằng không. Piston có thể di chuyển tự do giữa hai hồ chứa nhiệt – với nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. (Để thuận tiện, hãy tưởng tượng rằng một hồ chứa nước nóng được đun nóng bằng cách đốt cháy hỗn hợp xăng với không khí,và cái lạnh được làm mát bằng nước hoặc không khí ở nhiệt độ phòng.) Chu trình bốn pha lý tưởng sau đây xảy ra trong động cơ nhiệt này:

1. Đầu tiên xy lanh tiếp xúc với bình nóng và khí lý tưởng mở rộng ở nhiệt độ không đổi. Trong giai đoạn này, khí nhận được một lượng nhiệt nhất định từ bể chứa nước nóng.
2. Sau đó, hình trụ được bao quanh bởi lớp cách nhiệt hoàn hảo, do đó lượng nhiệt có sẵn cho khí được bảo quản và khí tiếp tục mở rộng cho đến khi nhiệt độ giảm xuống nhiệt độ của hồ chứa nhiệt lạnh.
3. Trong giai đoạn thứ ba, cách nhiệt được lấy ra, và khí trong xy lanh, tiếp xúc với bình lạnh, được nén lại, tạo ra một phần nhiệt cho bể lạnh.
4. Khi nén đạt đến một điểm nhất định, xi lanh được bao quanh bởi lớp cách nhiệt và khí được nén bằng cách nâng piston cho đến khi nhiệt độ bằng nhiệt độ của bể nóng. Sau đó, lớp cách nhiệt được lấy ra và chu trình được lặp lại một lần nữa từ pha đầu tiên.

Động cơ Carnot có nhiều điểm chung với động cơ thực: nó hoạt động trong chu kỳ khép kín (được gọi là, tương ứng, Chu kỳ Carnot); nó nhận năng lượng từ bên ngoài do quá trình nhiệt độ cao (ví dụ, khi đốt nhiên liệu); một phần năng lượng bị tiêu tan vào môi trường. Trong trường hợp này, một công việc nhất định được thực hiện (trong trường hợp động cơ Carnot, do chuyển động chuyển động của piston). Hiệu quả, hoặc hiệu quả Động cơ Carnot được định nghĩa là tỷ lệ công việc mà nó thực hiện đối với năng lượng (dưới dạng nhiệt) được lấy từ bể nóng. Nó rất dễ dàng để chứng minh rằng hiệu quả (E) được thể hiện bằng công thức:

E = 1 – (Tc/Th),

ở đâu TcTh – tương ứng, nhiệt độ của các bể lạnh và nóng (trong kelvin). Rõ ràng, hiệu quả của động cơ Carnot nhỏ hơn 1 (hoặc 100%).

Cái nhìn sâu sắc tuyệt vời của Carnot là ông đã cho thấy rằng không phải một động cơ nhiệt duy nhất hoạt động ở hai nhiệt độ nhất định có thể hiệu quả hơn động cơ Carnot lý tưởng (tuyên bố này được gọi là Định lý Carnot). Nếu không, chúng ta sẽ phải đối mặt với sự vi phạm luật thứ hai của nhiệt động lực học, vì động cơ như vậy sẽ lấy nhiệt từ một hồ chứa ít bị nung nóng và chuyển nó đến một cái nóng hơn. (Trên thực tế, định luật thứ hai của nhiệt động lực học là kết quả của định lý Carnot.) Như vậy, tỷ lệ Carnot thu được thiết lập giới hạn hiệu suất động cơ thực sự hoạt động trong thế giới thực. Bạn có thể đến gần anh ta, nhưng để đạt được và, đặc biệt là không vượt qua các kỹ sư của anh ấy thì không. Vì vậy, động cơ thuần túy giả thuyết Carnot đóng một vai trò quan trọng trong thế giới của máy móc thực sự, ồn ào và thơm, đó là một ví dụ khác về giá trị được áp dụng hoàn toàn lý thuyết, ngay từ cái nhìn đầu tiên, nghiên cứu.

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

Nhà vật lí Pháp và kỹ sư quân sự. Sinh ra ở Paris. Cha của ông, Lazare Nicola Marguerite Carnot (1753-1823), là một chính khách nổi tiếng của thời Napoleon, nhưng là một tướng và chính trị gia, ông đã tìm thấy thời gian để học toán học thuần túy. Sadi Carnot học tại trường Polytechnic nổi tiếng và sau khi tốt nghiệp năm 1814, ông tình nguyện cho phía trước dưới sự chỉ huy của Napoléon Bonaparte, nơi ông từng là kỹ sư quân sự cho đến khi Napoleon sụp đổ năm 1819. Sau đó, Sadi Carnot rời bỏ nghĩa vụ quân sự và tham gia vào nghiên cứu khoa học, kinh tế và nghệ thuật. Ông cũng quan tâm đến nhiều phát triển công nghiệp và công nghệ mới của thời đại. Nhận được sự chứng minh lý thuyết về các nguyên tắc hoạt động của động cơ hơi nước, Carnot đã trở thành một trong những người tiên phong về nhiệt động lực học và cung cấp mô hình nổi tiếng của ông về một động cơ lý tưởng.Sadi Carnot đã xuất bản ý tưởng của mình vào năm 1824 dưới hình thức luận văn cơ bản “Những phản ánh về động lực của hỏa hoạn và trên các máy có khả năng phát triển sức mạnh này” (Réflexions sur la phục hưng motrice du feu et les máy propres à développer cette puissance). Trở lại năm 1832 để phục vụ quân đội với cấp bậc của đội trưởng, Sadi Carnot sớm chết đột ngột ở tuổi chỉ 36 năm từ bệnh tả trên nền của bệnh ban đỏ.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

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