Carnot ısı motoru

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, 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.

Termodinamik
Klasik Carnot ısı makinesi
Dallar Klasik İstatistiksel Kimyasal Kuantum termodinamiği Denge / Dengesizlik
Kanunlar Sıfırıncı Birinci İkinci Üçüncü
Sistemler Kapalı sistem İzole sistem Durum Hâl denklemi İdeal gaz Gerçek gaz Maddenin hâlleri Faz (madde) Denge Kontrol hacmi Enstrümanlar Süreçler İzobarik İzokorik İzotermal Adyabatik İzentropik İzentalpik Kuazi-statik Politropik Serbest genişleme Tersinirlik Tersinmezlik Endotersinirlik Çevrimler Isı motorları Isı pompaları Isıl verim
Sistem özellikleri Not: Eşlenik değişkenler italik yazılmıştır. Özellik diyagramları Yeğin ve yaygın özellikler Süreç fonksiyonları İş Isı Hâl fonksiyonları Sıcaklık / Entropi (giriş) Basınç / Hacim Kimyasal potansiyel / Parçacık sayısı Buhar kalitesi İndirgenmiş özellik
Malzeme özellikleri Özellik veritabanları Isı sığası  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Sıkıştırılabilirlik  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Genleşme  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Denklemler Carnot teoremi Clausius teoremi Temel ilişki İdeal gaz yasası Maxwell ilişkileri Çift taraflı Onsager bağıntıları Bridgman denklemleri Termodinamik denklemler tablosu
Potansiyeller Serbest enerji Serbest entropi İç enerji ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholtz serbest enerjisi ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibbs serbest enerjisi ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Tarih Kültür Tarih Genel Entropi Gaz yasaları "Devridaim" makineleri Felsefe Entropi ve zaman Entropi ve yaşam Brownian ratchet Maxwell'in Cini Isı ölümü paradoksu Loschmidt paradoksu Sinerjetik Teoriler Kalorik teorisi Vis viva ("yaşam gücü") Isının mekanik eşdeğeri Tahrik gücü Temel yayınlar "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" Zaman çizelgeleri Termodinamik Isı makineleri Sanat Eğitim Maxwell'in termodinamik yüzeyi Enerji dağıtımı olarak entropi
Bilim insanları Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Diğer Çekirdeklenme Öztoplanma Özörgütlenme Düzen ve düzensizlik
Kategori
g t d

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

• 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)