Carnot ısı motoru

Carnot'un ısı motorunun eksenel kesiti. Bu şemada, abcd silindirik bir kap, cd hareketli bir piston, A ve B sabit sıcaklıktaki cisimlerdir. Kap, herhangi bir gövdeye temas edecek şekilde yerleştirilebilir veya hiçbirine temas etmeyebilir (bu şekilde gösterildiği gibi).^[1]

Carnot ısı motoru^[2] (veya Carnot ısı makinesi), Carnot çevriminde çalışan bir ısı motorudur. Bu ısı motorunun temel hâli 1824'te Nicolas Léonard Sadi Carnot tarafından geliştirildi. Carnot motor modeli, 1834'te Benoît Paul Émile Clapeyron tarafından grafiksel olarak genişletildi ve 1857'de Rudolf Clausius tarafından matematiksel anlamda araştırıldı. Bu çalışmalar, temel bir termodinamik kavram olan entropinin keşfedilmesini sağladı. Carnot motoru, teorik olarak mümkün olan en verimli motordur.^[3] Verimlilik, yalnızca motorun arasında çalıştığı sıcak ve soğuk ısı rezervuarlarının mutlak sıcaklıklarına bağlıdır.

Bir ısı motoru, enerjiyi sıcak bir bölgeden soğuk bir bölgeye aktararak ve bu süreçte bu enerjinin bir kısmını mekanik işe dönüştürerek çalışır. Bu döngü tersine de çevrilebilir. Sistem, harici bir kuvvet tarafından çalıştırılabilir ve bu süreçte ısı enerjisini soğuk bir sistemden daha sıcak bir sisteme aktarabilir; böylece bir ısı makinesinden ziyade bir buzdolabı veya ısı pompası görevi görür.

Her termodinamik sistem belirli bir durumda bulunur. Termodinamik döngü, bir sistem bir dizi farklı durumdan geçirildiğinde ve sonunda ilk durumuna geri döndüğünde oluşur. Sistem, bu döngüden geçerken bulunduğu ortam üzerinde iş yaparak bir ısı motoru görevi görebilir.

Carnot'un diyagramı

Carnot, 1824 tarihli Réflexions sur la puissance motrice du feu (Türkçe: Ateşin İtici Gücü Üzerine Düşünceler^[4]) adlı çalışmasında yandaki diyagramdaki düzeneği şu şekilde açıklar: "her biri sabit bir sıcaklıkta tutulan iki A ve B cismi olup A'nın sıcaklığı B'ninkinden daha yüksektir. Bu iki cisim, sıcaklıklarını değiştirmeden ısı verebileceğimiz veya alabileceğimiz, iki sınırsız kalorik deposu işlevini görür. Birincisine fırın, ikincisine buzdolabı diyeceğiz.”^[5] Carnot daha sonra A cisminden B cismine belirli bir miktarda ısı taşıyarak hareket gücünü, yani “işi” nasıl elde edebileceğimizi açıklar.

Notlar

1. Carnot (1824, s. 17) ve Carnot (1890, s. 63) kaynaklarında gösterilen Şekil 1. Diyagramdaki kabın çapı, iki gövde arasındaki boşluğu kapatmak için yeterince büyük olmasına rağmen hiçbir zaman iki gövdeyle aynı anda temas hâlinde değildir. Diyagram ayrıca pistonun dışına takılı isimlendirilmemiş bir eksenel çubuk göstermektedir.
2. Carnot, Fransızca'da Thurston'ın ısı motoru veya buhar motoru olarak çevirdiği machine à feu sözcüğünü kullanır. Carnot, aynı zamanda bir dipnotunda genel olarak buhar makinesiyle (machine à vapeur) ısı makinesini birbirinden ayırır. (Carnot, 1824, s. 5 ve Carnot, 1890, s. 43)
3. "The Carnot Efficiency | EGEE 102: Energy Conservation and Environmental Protection". www.e-education.psu.edu. 4 Şubat 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Ocak 2022. 
4. "Bazen Isının İtici Gücü Üzerine Düşünceler olarak da çevrilir". 23 Ocak 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Nisan 2022. 
5. Thurston'ın İngilizce çevirisinden Türkçeye çevrilmiştir. (Carnot, 1890, s. 51-52).

Dış bağlantılar

Episode 46. Engine of Nature: The Carnot engine, part one, beginning with simple steam engines. The Mechanical Universe. Caltech – YouTube vasıtasıyla. 

Kaynakça

• Bryant (August 1969). "Rudolf Diesel and His Rational Engine". Scientific American. 221 (2): 108-117. 
• Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance (Fransızca). Paris: Bachelier. 1824.  (First Edition 1824) and (Reissued Edition of 1878 10 Nisan 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.)
• Reflections on the Motive Power of Heat and on Machines Fitted to Develop That Power. New York: J. Wiley & Sons. 1890.  (full text of 1897 ed. 2 Kasım 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.) (Archived HTML version)