Carnot çevrimine giriş

Önceki konu başlıklarında ele aldığımız adyabatik ve eşısılı genleşme tarifleri, ilerleyen konularda bahsedeceğimiz Carnot çevriminin temel bileşenlerini oluşturuyor. Bu bileşenleri kullanarak iş üreten bir makinenin nasıl tasarlanabileceğinin ayrıntılarına girmeden önce, istereniz tekrar 19. yüzyıl başlarına dönerek, bu çevrim tarifinin nereden geldiğine bakalım.

Nicolas Léonard Sadi Carnot (Resim: Wikipedia, kamu malına aktarılmış resim)
Nicolas Léonard Sadi Carnot (Resim: Wikipedia, kamu malına aktarılmış resim)

Fransız mühendis Sadi Carnot’nun (karno okunur) yaptığı çevrim tarifinin çıkış noktası, o yılların yüksek teknolojisi olarak değerlendirebileceğimiz buhar makineleri. Bu makinelerin Carnot için yeni bir teknoloji olduğunu söyleyemeyiz aslında: Carnot’nun buhar makinelerinin verimliliği üzerinde çalıştığı yıllarda, bu makineler yüz yıldan fazla bir süredir zaten piyasada bulunuyorlardı. Örneğin, tarihteki ilk buhar makinesinin Thomas Newcomen adlı İngiliz bir hırdavatçı tarafından 1712’de yapıldığını biliyoruz. Fakat, oldukça kullanışsız bir tasarıma sahip olması nedeniyle bu makinenin yaygın olarak kullanıldığını söyleyemeyiz. Buhar makinesi, icadından yaklaşık 50 yıl kadar sonra, İskoç makine mühendisi James Watt tarafından geliştirilerek pratik olarak kullanılabilir bir yapıya kavuşabiliyor. Watt’ın katkılarının ardından buhar makineleri, vapur ve lokomotiflerde kullanılarak yaygınlaşmaya başlıyor.

Buhar makinelerinde o yıllarda yapılan iyileştirmelere baktığımızda, makine işleyişine dair kuramsal bir analizden ziyade, pistonlardaki sürtünme ya da buhar sızıntısı gibi pratik sorunlara yönelik çözümler üretildiğini görüyoruz. Buhar makinelerinin verimliliğinin kuramsal tarafıysa, Carnot’ya kadar dokunulmadan kalıyor.

Carnot 1824 yılında, 28 yaşındayken, buhar makinelerinin verimliliği üzerine yapılan ilk kuramsal analizi yayınlıyor. Buhar makinelerinde yaşanan bütün pratik sorunları göz ardı edip, bu sorunların olmadığı ideal bir dünyada, yüksek verimlilikle çalışan bir buhar makinesinin nasıl tasarlanması gerektiği ve elde edilebilecek en yüksek verimin ne olduğu sorularına cevap arıyor. Kafasında tersinir bir şekilde işleyen ideal bir motor canlandırıp, bu motorun verimini azami şekilde arttırmak için çevrimin nasıl yapılması gerektiğini tarif etmeye çalışıyor.

Bir sonraki konuda Carnot çevrimini oluşturan basamakların ayrıntıları üzerinde duracağız.


Devamı: