1.11 Απόδοση των θερμικών μηχανών

Είπαμε ότι μια θερμική μηχανή δεν μπορεί να έχει απόδοση 100%. Πότε όμως και κάτω από ποιες προϋποθέσεις μια μηχανή χωρίς τριβές και άλλες απώλειες θα εργάζεται με τη μέγιστη απόδοση; Ο Γάλλος μηχανικός Sadi Carnot (1796-1832) υπεστήριζε ότι μια θερμική μηχανή έχει μέγιστη απόδοση, όταν οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη λειτουργία της μηχανής είναι αντιστρεπτές.* Η έννοια της αντιστρεπτής διαδικασίας διασαφηνίζεται παραστατικά στην εικόνα 1.43.

Εικ. 1.43 Αντιστρεπτή διαδικασία. Ένα αέριο βρίσκεται σε ένα θάλαμο υπό πίεση Ρ1, όγκο V1, και θερμοκρασία Τ1 (κατάσταση α) συγκρατώντας ένα έμβολο. Όταν 100 J θερμότητας απορροφηθούν από το αέριο, το αέριο διαστέλλεται, σπρώχνει το έμβολο προς τα πάνω και παράγει έργο. Όταν το αέριο σταματήσει να διαστέλλεται, η πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία του θα είναι, αντιστοίχως, Ρ2 V2 και Τ2 (κατάσταση β). Τέλος, στην κατάσταση (γ) το αέριο αποβάλλει προς το περιβάλλον 100 J θερμότητας με αποτέλεσμα αέριο και περιβάλλον να επανέλθουν στην αρχική τους κατάσταση.

* Μια τέτοια μηχανή ονομάζεται μηχανή Carnot