Ina ia iloa pe faʻapefea ona faʻateleina le lelei o le afi vevela , na suʻesuʻeina e se saienitisi Falani e igoa ia Sadi Carnot (1796-1832) se masini kalori faʻateorē lelei atoatoa i le 1824. I lena taimi, e leʻi faʻatulagaina le tulafono muamua o le thermodynamics, poʻo le tulafono lona lua o le thermodynamics. E leʻi faʻatulagaina le tulafono muamua aua e leʻi iloa e saienitisi o le vevela o le malosi. Ina ua maeʻa ona faia ni faʻataʻitaʻiga a Joule ma ana paʻaga i le 1830s, na iloa ai e saienitisi o le vevela o le malosi e fealuaʻi ona o eseesega o le vevela. O lea la, na faʻatulagaina le tulafono muamua o le thermodynamics ina ua mavae le 1830. Sa suʻesuʻeina e Sadi Carnot le afi kalori faʻateorē lelei atoatoa i le 1824. O lana suʻesuʻega o le faʻateleina lea o le lelei o le afi ausa. O le tele o afi ausa i lena taimi e le lelei tele.
O le taamilosaga i luga o le afi vevela lelei e pei ona manatu i ai Sadi Carnot ua faaigoaina o le taamilosaga Carnot. A o lei aoaoina le taamilosaga Carnot, sa tatou malamalama i le faagasologa e le mafai ona toe suia. O faagasologa uma o le suiga o le malosi ma le fesiitaiga o le malosi e tupu e le mafai ona toe suia. Mo se faataitaiga, tatou te milimili lima ina ia mafanafana ai lima. O le vevela e mafua mai i galuega tatou te faia. O le faagasologa e le mafai ona toe suia. E le mafai e le vevela ona milimili lima.
O le fa'amoemoega o se afi vevela o le fa'aliliuina lea o nisi o lenei faiga, lea e mafai ai ona fa'aaogaina le vevela e fa'atino ai galuega ma le sili ona lelei. Ina ia maua e le afi vevela le sili ona lelei, e tatau ona tatou 'alofia faiga uma e le mafai ona toe fa'afo'isia. O le fesiitaiga o le vevela e masani lava ona le mafai ona toe fa'afo'isia ina ia le tupu ai le fe'avea'i o le vevela.
A ave e le afi le vevela (Q₂H₃ ) i le vevela maualuga (T₂H₃ ) , e tatau foʻi ona i ai le vevela o le vai galue i totonu o le masini i le T₂H₃ . E faʻapena foʻi, afai e faʻaalu e le afi le vevela Q₂L₃ i le vevela maualalo (T₂H₃ ) , e tatau foʻi ona i ai le vevela o le vai galue i totonu o le masini i le T₂H₃ . O lea la, soʻo se faiga e aofia ai le fesiitaiga o le vevela e tatau ona isothermal (tutusa le vevela). I se isi itu, afai o le vevela o le vaega faigaluega i totonu o le masini e i le va o le T₂H₃ ma le T₂H₃ , e leai se fesiitaiga o le vevela e tupu i le va o le masini ma le nofoaga e iai le vevela T₂H₃ (le sapalai o le vevela) ma le nofoaga e iai le vevela T₂H₃ (le faʻasaʻolotoina). Auā e le minoi le vevela, e tatau ona faia le faiga i se auala e leʻi faʻaaogaina.
O le taamilosaga Carnot e aofia ai ni faiga isothermal e lua e mafai ona toe faʻafoʻisia ma ni faiga adiabatic e lua e mafai ona toe faʻafoʻisia.
O le ata i le itu o le piston Carnot cycle mo se kasa lelei. Muamua, e mitiia le vevela i le taimi o le isothermal expansion (ab). I le taimi o le isothermal expansion, e tausia pea le vevela o le kasa i totonu o le cylinder.
Sosoo ai, e fa’alauteleina le kesi i se auala adiabatic ina ia pa’ū le vevela mai le T H i le T L (bc). T H = vevela maualuga, T L = vevela maualalo. I le taimi o le fa’alauteleina adiabatic, e leai se vevela e ulufale pe alu ese mai le silini. A mae’a lena, e oomi fa’atasi le kesi (cd). I le taimi o le oomi fa’atasi, e tumau pea le vevela o le kesi. Ona oomi fa’atasi lea o le kesi (da). Talu ai ona taofia fa’atasi, e fa’ateleina ai le vevela o le kesi. E fa’ateleina le vevela o le kesi ina ia fa’ateleina ai fo’i le mamafa o le kesi. E mafai ona toe fa’afo’i le faagasologa atoa i le ta’amilosaga Carnot.
I le taimi o le fa'alauteleina o le isothermal ma le isothermal pressings, e tumau pea le vevela o le kesi. O le sini ia 'alofia so'o se eseesega o le vevela. O le iai o le eseesega o le vevela e mafai ona mafua ai le fesiitaiga o le vevela (faiga e le mafai ona toe fa'afo'isia). Ina ia tupu le fa'agasologa isothermal (e tumau pea le vevela o le kesi) e tatau ona fa'alauteleina malie pe oomi le kesi. O le mea moni, o le fa'alauteleina, po'o le taofia o le kesi, e vave ona tupu. E mafua lea i le turbulence (manatua le mea fa'aolaola fa'aonaponei), friction, viscosity, ma isi mea fa'apena. O le i'uga, o le a le iai lava se fa'agasologa isothermal atoatoa. I se isi itu, o le fa'alauteleina ma le taofia o le adiabatic e vave.
O le sini ia taofia le vevela mai le tafe atu i totonu o le silini poʻo fafo atu o le silini. O le iai o le feteʻenaʻiga, le mafiafia, ma isi mea faapena e le mafua ai le faʻalauteleina atoatoa ma le faʻamamafa adiabatic. Ia manatua o le afi Carnot e naʻo le faʻataoto. E le iai le masini Carnot i o tatou olaga. E ui lava e naʻo le faʻataoto, o le iai o le afi Carnot o le atinaʻeina lelei lea o le thermodynamics. E mafai ona iloa soʻo se faiga e le mafai ona toe faʻafoʻisia e ono tutupu i le taimi o le faiga ma taumafai e faʻaitiitia ina ia sili ona lelei le lelei o le afi.
O le iʻuga tāua o le afi Carnot e maua ai le vevela atoatoa o le afi, o le vevela e maua (Q₂H₃ ) e tutusa ma le vevela maualuga (T₂H₃ ) , ma le ausa ua liu suavai (Q₂L₃ ) e tutusa ma le vevela maualalo (T₂H₃ ) . O lea la, o le lelei o le afi vevela atoatoa e:
O le fua lea o le lelei atoatoa o le afi vevela.
Fesili 1:
E galue se afi ausa i le va o le 500 ° C ma le 300 ° C. Fuafua le lelei atoatoa o le fa'aaogaina (Carnot efficiency) o le afi ausa.
fofo
E tatau ona liua le vevela i le fua o Kelvin.
T H (vevela maualuga) = 500 o C = 500 + 273 = 773 K
T L (vevela maualalo) = 300 o C = 300 + 273 = 573 K
O le lelei atoatoa o se afi vevela e galue i le va o le 500 °C ma le 300 °C e 26%. Pe a galulue masini tatou te faʻaaogaina i aso faisoo i le va o le 500 °C ma le 300 °C, o le lelei aupito maualuga e mafai ona ausia e masini e tusa ma le 0.7 taimi o le lelei atoatoa (18.2%).
Fesili 2:
O se afi vevela e maua le 600 J i le vevela o le 300 °C, fa'atino le galuega (W) 100 Joules ma fa'asa'oloto le 500 J i le 100 °C. Fuafua le lelei moni ma le lelei atoatoa (Carnot efficiency) o lenei masini.
E tatau ona liua le vevela i le fua o Kelvin
T H (vevela maualuga) = 300 o C — 300 + 273 = 573 K
T L (vevela maualalo) = 100 o C — 100 + 273 = 373 K
Q H = 600 J
QL = 500 J
Lelei o le afi:
Le lelei atoatoa o le fa'aaogaina o lenei masini:
O le lelei atoatoa o se afi vevela e galue i le va o le 300 °C ma le 100 °C e 35%. O le lelei aupito maualuga e mafai ona ausia e le masini e masani lava e tusa ma le 0.7 taimi o le lelei atoatoa = 0.7 x 35% = 24.5% (24.5% x 600 J = 147 J le vevela e faʻaaogaina e fai ai galuega).
O le lelei moni o lenei masini e 17% (e na'o le 100 J o le vevela e fa'aaogaina e fai ai galuega). Ae tusa ma le 147 J – 100 J = 47 J o le vevela e mafai ona fa'aaogaina e fai ai galuega.
Fesili 3:
E maua e se masini le 1000 Joule calories ma gaosia le 400 Joules o galuega i ta'amilosaga ta'itasi. E galue lenei masini i le va o le 500 ° C ma le 200 ° C. Fa'atatau le lelei moni ma le lelei atoatoa o lenei masini.
fofo
T H (vevela maualuga) = 500 o C — 500 + 273 = 773 K
T L (vevela maualalo) = 200 o C — 200 + 273 = 473 K
Q H = 1000 J
QL = 400 J
Lelei o le afi:
Le lelei atoatoa o le fa'aaogaina o lenei masini:
Gaoioiga lelei a Carnot = 40%. O le aoga moni o le afi = 60%. E leai lenei masini. E le mafai ona sili atu le aoga o se masini nai lo le aoga o Carnot.
Fesili 4:
Ina ia oʻo atu le lelei o le afi Carnot i le 100% (1), o le a le vevela manaʻomia mo le faʻasaʻolotoina o le kasa (T L )?
fofo
Mo le lelei atoatoa o le afi e oʻo atu i le 100% (e mafai ona faʻaaogaina le vevela uma e fai ai galuega), ona tatau lea ona 0 Kelvin le vevela maualalo (T L ).
E lē mafai ona oʻo atu i le 0 le vevela o Kelvin. O lenei faʻamatalaga o le tulafono lona tolu lea o le thermodynamics.
Talu ai e le mafai ona maua le r i le 0 Kelvin ta'itasi , o lona uiga atonu e le atoatoa le lelei o le afi vevela. Talu ai e le mafai ona ausia le 100% lelei e le afi vevela, e mafai ona fa'ai'uina e le mafai ona fa'aogaina uma le vevela (Q H ) e fai ai galuega. E tatau ona i ai sina vevela e maumau (Q L ).
E le mafai ona i ai se afi vevela (e galue i se taamilosaga) e mafai ona liua le vevela uma i le galuega (Tulafono lona lua o le thermodynamics, faamatalaga a Kelvin-Planck).
O lenei kalafi o loʻo faʻaalia ai le faagasologa isothermal (faʻalauteleina isothermal) o loʻo tupu i le tasi lava le laʻasaga. I lenei faagasologa, o le vevela uma (Q) e mafai ona liua i le galuega (W). O le aofaʻi o le galuega na faia = vaega ua faʻalanuina.
E tatau ona galue pea lava pea le afi vevela (e tatau ona faia soo le faagasologa, e le mafai ona faia i le na o le tasi le laasaga). Mo se faataitaiga, o se afi ausa e fesuia’i. E tatau ona gaoioi pea lava pea le piston i luga o se afi ausa e fesuia’i i le taumatau ma le agavale, ina ia mafai ona vili uili (e mafai ona faaaoga e faagaoioi ai se mea). E le mafai ona feliuliua’i uili pe a gaoioi le piston e taofi i le taumatau i lena taimi (e na o le tasi le laasaga e tupu ai le faagasologa). Afai e faia soo le faagasologa, e le mafai ona liua uma le vevela i galuega (faamatalaga Kelvin-Planck).
O le kalafi i le agavale o loʻo faʻaalia ai le faʻalauteleina isothermal (aū i lalo) ma le faʻapipiʻiina isothermal (aū i luga). O le faʻagasologa e faʻaauau pea ona faia i le isothermal (E leai se galuega e faia). O le kalafi i le taumatau o se faʻagasologa o le faʻalauteleina isothermal (aū i lalo), faʻagasologa o le oomiina isobaric (aū i le agavale) ma le faʻagasologa isoh oric (aū i luga). Mai nei kalafi e lua, e foliga mai mo se faʻagasologa faifai pea, e iai lava le vevela e maumau.
