Mba hahitana ny fomba hampitomboana ny fahombiazan'ny motera hafanana , dia nandinika milina kaloria teorika tsara indrindra tamin'ny 1824 ny mpahay siansa frantsay iray antsoina hoe Sadi Carnot (1796-1832). Tamin'izany fotoana izany, mbola tsy voaforona ny lalàna voalohany momba ny termodinamika, na ny lalàna faharoa momba ny termodinamika. Mbola tsy voaforona ny lalàna voalohany satria mbola tsy fantatry ny mpahay siansa fa angovo ny hafanana. Rehefa avy nanao andrana i Joule sy ireo mpiara-miasa aminy tamin'ny taona 1830, dia hitan'ny mpahay siansa fa angovo mihetsika noho ny fahasamihafan'ny mari-pana ny hafanana. Noho izany, dia noforonina taorian'ny taona 1830 ny lalàna voalohany momba ny termodinamika. Nikaroka momba ny motera kaloria teorika tsara indrindra i Sadi Carnot tamin'ny 1824. Ny tena tanjon'ny fikarohany dia ny hampitomboana ny fahombiazan'ny motera etona. Ny ankamaroan'ny motera etona tamin'izany fotoana izany dia tsy dia nahomby loatra.
Ny tsingerina eo amin'ny motera hafanana idealy araka ny hevitr'i Sadi Carnot dia antsoina hoe tsingerina Carnot. Talohan'ny nianarantsika ny tsingerina Carnot dia efa azontsika indray ny dingana tsy azo averina. Ny dingana rehetra amin'ny fiovan'ny angovo sy ny famindrana angovo dia mitranga tsy azo averina. Ohatra, mikosoka tanana isika mba hafana ny tanana. Ny hafanana dia ateraky ny asa ataontsika. Tsy azo averina io dingana io. Tsy afaka mikosoka tanana ny hafanana.
Ny tanjon'ny motera hafanana dia ny hamadika ny sasany amin'ireo dingana ireo, izay ahafahana mampiasa ny hafanana mba hanatanterahana asa amin'ny fahombiazana ambony indrindra. Mba hahafahan'ny motera hafanana mahomby indrindra, dia tsy maintsy ialana ny dingana rehetra tsy azo ovaina. Voajanahary fa tsy azo ovaina ny famindrana hafanana ka tsy tokony hitranga ny fivezivezen'ny hafanana.
Rehefa maka ny hafanana (Q₂H₃ ) amin'ny mari-pana avo ( T₂H₃ ), dia tsy maintsy amin'ny mari-pana T₂H₃ ihany koa ny tsiranoka miasa ao amin'ny milina. Toy izany koa, raha mamoaka ny hafanana Q₂L amin'ny mari-pana ambany (T₂H₃ ) , dia tsy maintsy amin'ny mari-pana T₂H₃ ihany koa ny tsiranoka miasa ao amin'ny milina . Noho izany, ny dingana rehetra misy famindrana hafanana dia tsy maintsy isothermal (mari-pana mitovy). Mifanohitra amin'izany, raha eo anelanelan'ny T₂H₃ sy T₂H₃ ny mari-pana amin'ny sombin-javatra miasa ao amin'ny milina , dia tsy misy famindrana hafanana mitranga eo amin'ny milina amin'ny toerana manana ny mari-pana T₂H₃ (mpamatsy hafanana) sy ny faritra manana ny mari-pana T₂H₃ (famoahana). Satria tsy mihetsika ny hafanana, dia tsy maintsy atao adiabatika ny dingana.
Ny tsingerin'i Carnot dia misy dingana isothermal azo averina roa sy dingana adiabatika azo averina roa.
Ny sary eo amin'ny sisiny dia ny tsingerin'ny Carnot an'ny piston ho an'ny entona idealy. Voalohany, voaray ny hafanana mandritra ny fanitarana isothermal (ab). Mandritra ny fanitarana isothermal, tazonina ho tsy miova ny mari-pana ao anaty cylinder.
Manaraka izany, mivelatra adiabatika ny entona ka midina avy amin'ny T H mankany amin'ny T L (bc) ny mari-pana. T H = mari-pana ambony, T L = mari-pana ambany. Mandritra ny fivelarana adiabatika, tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny varingarina. Aorian'izay, tsindriana amin'ny fomba isothermal (cd) ny entona. Mandritra ny tsindriana isothermal, tazonina ho tsy miova ny mari-pana. Avy eo dia tsindriana amin'ny fomba adiabatika (da) ny entona. Satria voafehy amin'ny fomba adiabatika izy io, dia mitombo ny mari-pana. Mitombo ny mari-pana ao amin'ny entona ka mitombo ihany koa ny tsindrin'ny entona. Azo averina averina ny dingana manontolo ao amin'ny tsingerin'ny Carnot.
Mandritra ny fanitarana isothermal sy ny fanerena isothermal, dia tazonina ho tsy miova ny mari-pana entona. Ny tanjona dia ny hisorohana ny fahasamihafan'ny mari-pana. Ny fisian'ny fahasamihafan'ny mari-pana dia mety hiteraka famindrana hafanana (dingana tsy azo averina). Mba hitrangan'ny dingana isothermal (tsy miova foana ny mari-pana entona) dia tsy maintsy mivelatra na manindry tsikelikely ny entona. Raha ny marina, ny fanitarana, na ny fampihenana ny entona dia mitranga haingana kokoa. Izany dia vokatry ny fikorontanana (tadidio ny fitaovana fluid dinamika), ny fikikisana, ny viscosity, sns. Vokatr'izany, tsy hisy mihitsy ny dingana isothermal tonga lafatra. Mifanohitra amin'izany, ny fanitarana sy ny fampihenana ny adiabatika dia haingana.
Ny tanjona dia ny hisoroka ny fikorianan'ny hafanana ao anaty cylinder na ivelan'ny cylinder. Ny fisian'ny friction, viscosity, sns. dia tsy miteraka fanitarana sy fanamafisana adiabatika tanteraka. Tsarovy fa ny motera Carnot dia teorika fotsiny. Tsy misy eo amin'ny fiainantsika ny milina Carnot. Na dia teorika fotsiny aza, ny fisian'ny motera Carnot dia fivoarana mahasoa ny termodinamika. Farafaharatsiny dia azo fantarina ny dingana tsy azo ovaina rehetra mety hitranga mandritra ny dingana ary miezaka ny hampihena azy ireo mba ho ambony indrindra ny fahombiazan'ny motera.
Ny vokatra manan-danja azo avy amin'ny motera Carnot dia ny hafanan'ny motera tonga lafatra, ny hafanana azo (Q₂H₃ ) dia mifanandrify amin'ny mari-pana ambony (T₂H₃ ) , ary ny fivoahan'ny entona mitsonika (Q₂L₃ ) dia mifanandrify amin'ny mari-pana ambany (T₂H₃ ) . Noho izany, ny fahombiazan'ny motera mafana tonga lafatra dia:
Ity no fitoviana amin'ny fahombiazan'ny motera hafanana tonga lafatra.
Fanontaniana 1:
Miasa eo anelanelan'ny 500 ° C sy 300 ° C ny motera etona. Fantaro ny fahombiazana idealy (fahombiazan'ny Carnot) an'ny motera etona.
vahaolana
Tokony hovaina ho amin'ny mari-pana Kelvin ny mari-pana.
T H (hafanana avo) = 500 o C = 500 + 273 = 773 K
T L (mari-pana ambany) = 300 o C = 300 + 273 = 573 K
Ny fahombiazan'ny motera hafanana tonga lafatra izay miasa eo anelanelan'ny 500 °C sy 300 °C dia 26%. Rehefa miasa eo anelanelan'ny 500 °C sy 300 °C ny milina ampiasaintsika andavanandro, ny fahombiazana ambony indrindra azon'ny milina tratrarina dia eo amin'ny 0.7 heny eo ho eo amin'ny fahombiazana idealy (18.2%).
Fanontaniana 2:
Mahazo 600 J amin'ny mari-pana 300 °C ny motera hafanana iray, manao asa (W) 100 Joules ary mamoaka 500 J amin'ny 100 °C. Fantaro ny fahombiazana tena izy sy ny fahombiazana idealy (fahombiazan'ny Carnot) an'ity milina ity.
Tokony hovaina ho mari-pana Kelvin ny mari-pana
T H (hafanana avo) = 300 o C — 300 + 273 = 573 K
T L (mari-pana ambany) = 100 o C — 100 + 273 = 373 K
QH = 600 J
QL = 500 J
Fahombiazan'ny motera:
Ny fahombiazana tsara indrindra amin'ity milina ity:
Ny fahombiazan'ny motera hafanana tonga lafatra miasa eo anelanelan'ny 300 °C sy 100 °C dia 35%. Ny fahombiazana ambony indrindra azon'ny milina tratrarina dia mazàna eo amin'ny 0.7 heny noho ny fahombiazana tonga lafatra = 0.7 x 35% = 24.5% (24.5% x 600 J = 147 J hafanana ampiasaina hanaovana asa).
Ny tena fahombiazan'ity milina ity dia 17% (hafanana 100 J ihany no ampiasaina hanaovana asa). Mbola eo amin'ny 147 J eo ho eo ihany ny hafanana azo ampiasaina hanaovana asa – 100 J = 47 J.
Fanontaniana 3:
Mahazo kaloria 1000 Joule ny milina iray ary mamokatra asa 400 Joule isaky ny tsingerina. Miasa eo anelanelan'ny 500 ° C sy 200 ° C ity milina ity. Kajio ny fahombiazana tena izy sy ny fahombiazana idealy an'ity milina ity.
vahaolana
T H (hafanana avo) = 500 o C — 500 + 273 = 773 K
T L (mari-pana ambany) = 200 o C — 200 + 273 = 473 K
QH = 1000 J
QL = 400 J
Fahombiazan'ny motera:
Ny fahombiazana tsara indrindra amin'ity milina ity:
Fahombiazan'ny Carnot = 40%. Ny tena fahombiazan'ny motera = 60%. Tsy misy ity milina ity. Tsy ho lehibe noho ny fahombiazan'i Carnot ny fahombiazan'ny milina iray.
Fanontaniana 4:
Mba hahatratrarana ny fahombiazan'ny motera Carnot 100% (1), inona ny mari-pana ilaina amin'ny fivoahan'ny entona (T L )?
vahaolana
Mba hahatratrarana ny fahombiazan'ny motera 100% tonga lafatra (azo ampiasaina hanaovana asa ny hafanana rehetra), dia tokony ho 0 Kelvin ny mari-pana ambany (T L ).
Tsy azo atao ny mahatratra ny mari-pana 0 Kelvin. Io fanambarana io no lalàna fahatelon'ny termodinamika.
Koa satria tsy azo atao ny mahazo ny 0 Kelvin isaky ny r , dia mety tsy ho 100% ny fahombiazan'ny motera hafanana tonga lafatra. Koa satria tsy azo tratrarina amin'ny motera hafanana ny fahombiazana 100%, dia azo tsoahina fa tsy azo atao ny mampiasa ny hafanana rehetra ( Q₂H₃ ) hanaovana asa. Tsy maintsy misy hafanana very maina (Q₂L₃ ).
Tsy mety hisy motera hafanana (izay miasa ao anaty tsingerina) afaka mamadika ny hafanana rehetra ho asa (Lalàna faharoan'ny termodinamika, fanambarana Kelvin-Planck).
Ity grafika ity dia mampiseho ny dingana isothermal (fivelarana isothermal) izay mitranga amin'ny dingana iray ihany. Amin'ity dingana ity, ny hafanana rehetra (Q) dia azo ovaina ho asa (W). Ny habetsaky ny asa vita = faritra misy alokaloka.
Tsy maintsy miasa tsy tapaka ny motera hafanana (tsy maintsy miverimberina ny fizotrany, tsy afaka mitranga amin'ny dingana iray monja). Ohatra, motera etona karazana mifandimby. Ny piston amin'ny motera etona mifandimby dia tsy maintsy mihetsika miankavanana sy miankavia tsy tapaka, mba hahafahan'ny kodiarana mihodina (azo ampiasaina hamindrana zavatra). Tsy afaka mihodina ny kodiarana rehefa mihetsika mijanona miankavanana ny piston amin'izay fotoana izay (mitranga amin'ny dingana iray ihany ny fizotrany). Raha miverimberina ny fizotrany, dia tsy azo atao ny mamadika ny hafanana rehetra ho asa (fanambarana Kelvin-Planck).
Ny grafika eo ankavia dia mampiseho fanitarana isothermal (zana-tsipìka midina) sy famoretana isothermal (zana-tsipìka miakatra). Mitranga tsy tapaka amin'ny fomba isothermal ny dingana (Tsy misy asa vokarina). Ny grafika eo ankavanana dia dingana fanitarana isothermal (zana-tsipìka midina), dingana fanerena isobarika (zana-tsipìka miankavia) ary dingana isoch oric (zana-tsipìka miakatra). Avy amin'ireo grafika roa ireo, dia toa misy hafanana very foana ho an'ny dingana mitohy.
