Carnot çevrimi

Carnot çevrimi
1824’te Fransız mühendisi Sadi Carnot tarafından önerilen,
bir termodinamik makinesinin ideal tersinir çevrimi.
Uygulamada, gerçek ısı makineleri Carnot çevrimine
dayanarak çalışmazlar. Bununla birlikte, bir ısı makinesinin
yapabileceği azami yararlı işin standartını ortaya
koyduğundan, Carnot çevrimi önemlidir.
Termodinamiğin ilk yasası (enerjinin sakinimi ya da
korunumu yasası), hiçbir aygıtın aldığı enerjiden daha
çoğunu vermesine, doğanın izin vermediğini belirtir.
Bu yasa, bir ısı makinesinin % 100 verimlilikle çalışabileceği
olasılığını reddetmez (devridaim makinesi); ama
ısı makinesi tasarımcıları, termodinamiğin ikinci yasasını
gözönünde tutmak zorundadırlar; çünkü enerjinin
niteliğindeki kaçınılmaz düşüş, verimliliği % 100’ün altındaki
değerlerle sınırlar. Carnot, bu doğal sınırlamalar
altında olanaklı en verimli çevrimi düzenlemek için uğraşmıştır.
Vardığı sonuç, iki eşsıcaklık dönüşümü ile iki
adiyabatik (ısı aKtarımı bulunmayan) sürecin bir bileşimidir.
Bu süreçler tersinir koşullar altında yeralırlar; yani,
birbirini izleyen bir dizi denge durumu biçimindeortaya
çıkarlarKapalı ve çok iyi yalıtılmış bir kap içinde sıkıştırılmış
bir ideal gaz hacmi gözönüne alındığında, Carnöt çevrimi
daha kolay anlaşılır. Kabın bir çeperini hareketli bir
piston oluşturur; öbür çeperse yalıtılmıştır ya da J ] ve T2
sıcaklığında iki sınırsız ısı deposundan birine açılır. Gazın
eşsıcaklık genleşmesiyle çevrim başlar (gazın depoların
daha sıcak olanından T, sıcaklığında ısı enerjisi almasıyla).
O zaman kap çevreden yalıtılır; gazın da kendi
iç enerjisiyle adiyabatik olarak daha da genleşmesine
yol açar. Çevrimin her iki genleşme aşaması, pistonun
dışarı doğru hareketine (yararlı iş yapması için düzenlenebilir)
neden olur. Çevrimin üçüncü aşaması, gazın
eşsıcaklık sıkışmasını ve T2 sıcaklığındaki ısı enerjisinin
soğuk depoya geçmesini içerir. Sonuçta, kap bir kez
daha yalıtılmış ve gaz adiyabatik olarak sıkıştırılmış,
böylece piston ilk konumuna getirilerek çevrim tamamlanmıştır.
Dolayısıyla Carnot çevrimi, çevreden ısı
enerjisi alır ve bu enerjinin bir bölümünü yararlı işe dönüştürür.
Çevrimin verimliliği (v)
v*= % 100 x ( 1 – T2/Tt )
formülüyle gösterilir. Bu formül, T2 sıcaklığı mutlak sıfır
olmadıkça (uygulama açısından olanaksızdır) çevrimin
hiçbir zaman % 100 verimliliğe ulaşamayacağını gösterir.
Gerçek ısı makinesi çevrimleri, belirli T t veT2değerveT2değerleri
için her zaman Carnot çevriminden de daha az verimli
olacaktır; çünkü hiçbir gerçek çevrim, bütünüyle
tersinir olamaz.