نبذة تعريفية عن آلة العالم “سادي كارنو”

2011 قوانين الديناميكا الحرارية – فهم الحرارة وانتقال الطاقة

أبريل أيزاكس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلة كارنو العالم سادي كارنو الفيزياء

يرتبط القانون الثاني للديناميكا الحرارية دائماً وأبداً بالإنجاز الذي حققه رجل واحد يدعى سادي كارنو، الذي كان مهندساً عسكرياً فرنسياً كرّس جُلّ حياته القصيرة لدراسة الآلة البخارية.

وفي العام 1824 نشر كارنو كتاباً موجزاً بعنوان "تأملات حول القدرة المحرضة للحرارة والآلات المناسبة لتطوير هذه القدرة"، كما قدّم في هذا الكتاب وصفاً نظرياً لآلة افتراضية، تُعرف الآن باسم "آلة كارنو".

تشتغل بكفاءة مثالية عظمى، لكن بسبب الاحتكاك والعوامل الأخرى التي تؤدي إلى فقدان الآلات لجزء من طاقتها، لا توجد في الواقع آلة حقيقية تستطيع العمل بمستوى الأداء المثالي نفسه الذي تتصف به "آلة كارنو".

 

كان كارنو أول عالم استطاع فهم طاقة وضع العملية الدائرية من أجل استحداث آلة فعالة، وقد اشتغلت آلته ضمن دورة مثالية عكوسة (قابلة للعكس) أطلق عليها اسم "دورة آلة كارنو".

كانت الآلات البخارية في زمن كارنو تعمل بكفاءة تبلغ حوالي 6 في المئة فقط، ويُهدر أربع وتسعون في المئة من الفحم المحترق لتشغيل تلك الآلات.

حاول بعض المهندسين إدخال التحسينات على كفاءة أو مردود الآلات عن طريق الحد من هدر الحرارة فيها، لكن كارنو اتبع طريقة مختلفة لتحقيق هذا الهدف، إذ أدرك استحالة تحويل الحرارة إلى شغل دون التخلص من جزء من الحرارة الناتجة.

 

وتمثلت نظرة كارنو إلى الآلة في احتوائها علـى منفـذين: منفذ لـلشـغــل والآخـر لـلحـرارة المـتـبقـيـة ، واستخــدم الناعـورة كـوسيـلـة مـقـارنــة قيـاسـيـة: فكمــا ينتقـل المـاء مــن قمـة الـنـاعـورة إلـى بـركـة تـقـع فـي الأسفـل،كـانـت الحـرارة داخـل آلتـه تتـدفـق مـن مصدر حار إلى حوض بارد.

فكّر كارنو في النتيجة التي قد تحدث لو أن آلته اشتغلت باتجاه معاكس، ففي هذه الحالة ستستهلك الآلة الشغل وتزيل الحرارة من المنطقة الباردة، ثم تطرد الحرارة إلى داخل الوسط المحيط الدافئ أصلاً. إن هذا الوضع، باختصار، يقدم لنا وصفاً لعمل المجمِّدة أو الثلاجة.

كان هناك عيب كبير واحد في العمل الذي أنجزه كارنو، إذ اعتمد في دراسته على نظرية السيّال الحراري.

 

ونشر كارنو كتابه "تأملات حول القدرة المحرضة للحرارة والآلات المناسبة لتطوير هذه القدرة"، الذي شكل الأساس في صياغة القانون الثاني قبل أن يجري جول تجاربه على الشغل والحرارة، لكن العلماء في أواسط القرن التاسع عشر لم يدركوا مدى صحة ما جاء به كلٌ من كارنو وجول.

لقد استطاع عالمان فيزيائيان التوفيق بين إنجاز كارنو واستنتاجات جول حول طبيعة الحرارة، ونجحا بذلك في وضع صيغتين للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، وكشفا عن المزيد مما ينطوي عليه القانون الثاني.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]