Carnot teoremi (termodinamik)

1824 yılında Nicolas Léonard Sadi Carnot tarafından geliştirilen Carnot teoremi, aynı zamanda Carnot kuralı olarak da adlandırılır, termodinamik sistemlerde elde edilebilir maksimum verimin sınırlarını belirleyen bir ilkedir.

Carnot teoremi, aynı iki termal rezervuar arasında çalışan tüm ısı motorlarının, aynı rezervuarlar arasında çalışan tersinir, içerisinde herhangi bir idealsizlik barındırmayan (açığa çıkan entropi 0), bir ısı makinesinden daha yüksek verimliliğe sahip olamayacağını belirtir. Bu teoremin doğal sonucu, bir çift ısı deposu arasında çalışan her tersine çevrilebilir ısı motorunun, kullanılan çalışma maddesine veya işlem detaylarına bakılmaksızın eşit derecede verimli olmasıdır. Bir Carnot ısı motoru aynı zamanda bir tersinir motor olduğundan, tüm tersinir ısı motorlarının verimi, yalnızca sıcak ve soğuk rezervuarlarının sıcaklıklarına bağlı olan Carnot ısı motorunun verimi olarak belirlenir.

Sıcaklığı T_C olarak ifade edilen soğuk ve sıcaklığı T_H olarak ifade edilen sıcak rezervuarlar arasında çalışan bir ısı motorunun teorik olarak maksimum verimi (yani, Carnot ısı motoru verimliliği) aşağıdaki oranla ifade edilebilir.

${\displaystyle \eta _{\text{max}}={\frac {T_{\mathrm {H} }-T_{\mathrm {C} }}{T_{\mathrm {H} }}},}$

T_C ve T_H sembolleri sırasıyla soğuk ve sıcak rezervuarların Kelvin ölçeğinde mutlak sıcaklıkları ve ${\displaystyle \eta }$ sembolü ısı motoru döngüsünün verimlilik oranını temsil eder. Ayrıca, ${\displaystyle \eta }$, verim oranı, bir ısı motoru döngüsü için sistemin dışarı verdiği ısının sisteme verilen net işe göre oranına eşittir.

${\displaystyle \eta }$_max değerinin 0'dan büyük olması için gereken yegane şart termal rezervuarlar arasında bir sıcaklık farkının mevcut olmasıdır. Bu bilgiyle beraber, ${\displaystyle \eta }$_max, tersinir olsun veya olmasın, var olan tüm termodinamik sistemlerin verimleri için üst sınır olduğundan dolayı, bir sistemin istenen fonksiyonu yerine getirmesi için termal rezervuarlar arasında bir sıcaklık farkı bulunması gerektiği sonucuna varılır.

Carnot teoremi, termodinamiğin ikinci yasasının bir sonucudur.^[1]

1. ^ John Murrell (2009). "A Very Brief History of Thermodynamics". 2 Mayıs 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Mayıs 2014.  Şablon:PDFWayback