كيفية رفع كفاءة آلة العالم “كارنو” إلى الحد الأعظم

2011 قوانين الديناميكا الحرارية – فهم الحرارة وانتقال الطاقة

أبريل أيزاكس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلة كارنو العالم كارنو كيفية رفع كفاءة آلة كارنو الفيزياء

قد يبدو للوهلة الأولى أن الخطوات في "دورة آلة كارنو" تغلي بعضها بعضاً، حيث يقوم الغاز بإنتاج الشغل خلال المرحلتين الأولى والثانية، لكن المرحلتين الأخيرتين تستهلكان الشغل. كيف تستطيع الآلة إنتاج شغل كلي؟

يكمن الجواب في طبيعة الغاز، حيث يحتاج ضغط الغاز بعد أن يبرد إلى كمية أقل من الشغل، وفي "آلة كارنو" يبرد الغاز قبل انضغاطه بالمكبس.

يتوقف ناتج الشغل الكلي على الفرق بين درجات الحرارة داخل الخزانين الحراريين الساخن والبارد؛ لذلك كلما كان الفرق في درجة الحرارة بين الخزانيين أكبر زادت كمية الشغل الناتج.

تُمثل نسبة الشغل الناتج إلى الحرارة الممتصة كفاءة "دورة آلة كارنو"، وقد بّين كارنو أن الكفاءة الناتجة تتوقف على درجة حرارة الخزانين فقط:

يشير الرمز في هذه المعادلة إلى كفاءة "آلة كارنو"، كما يشير الرمزان إلى درجات التي تُقاس بمقياس كلفن داخل الخزانين الحراريين الساخن والبارد.

أما في الواقع فلا توجد آلة حقيقية تعمل في دورة بين درجتي الحرارة قادرة على التفوق على كفاءة "آلة كارنو" الافتراضية .

قد يبدو لنا أن أفضل حل للوصول إلى الكفاءة العظمى يتمثل في زيادة الفرق بين درجتي الحرارة إلى أقصى درجة ممكنة.

لكن في الواقع إذا جعلنا الخزان الحراري الساخن حاراً جداً فلن ينجح الأمر من الناحية العملية؛ لأن ذلك قد يؤدي إلى إتلاف بقية أجزاء الآلة بما أن الخزان الحراري البارد يكون عادة قريباً من درجة حرارة الغرفة.