La Carnot-ciklo estas termodinamika ciklo, konata pro sia plej bona eble efektiveco. La Carnot-ciklo ŝanĝas la disponeblan energion en formo de varmo por produkti utilan reversiblan adiabatan (izotopan) kaj aliajn procezojn.
La efektiveco de la Carnot-motoresto estas unu minuso la proporcio de la temperaturo de la varma termalreservo al la temperaturo de la malvarma rezervo. La Carnot-ciklo estas konata pro fiksado de la plej alta efektivecstandardo, kiun ajna ciklo aŭ motoresto povas atingi.
Laboro estas farita de la laboranta fluo dum la unua parto de la ciklo, kaj laboro estas farita sur la laboranta fluo dum la dua parto de la ciklo. La diferenco inter la du estas la netlaboro farita.
La efektiveco de la ciklo povas esti maksimumigita per uzado de procezoj, kiuj postulas la plej malgrandan kvanton de laboro kaj liveras la plej multon per uzo de reversiblaj procezoj. Praktike, reversiblaj cikloj ne povas esti atingitaj pro la irreversibileco asociita kun ĉiu procezo, kiu ne povas esti eliminita.
Refrigeriloj kaj varmomotoresto, kiuj funkcias sur reversiblaj cikloj, estas konsideritaj kiel modeloj por komparo de realaj varmomotoresto kaj refrigeriloj. En la evoluo de la reala ciklo, la reversibla ciklo servas kiel startpunkto kaj modifita por kontentigi la postulojn.
La Carnot-ciklo konsistas el kvar reversiblaj procezoj (du reversiblaj izotermaj kaj du reversiblaj adiabataj procezoj) jenaj:
La Carnot-ciklo estas demonstrita sube per la releva ekzemplo de la pistono:
ŜTAP 1 – 2
(Reversibla Izoterma Eksplodo, Th = Konstanta)
TH estas la komenca temperaturo de la gaso kaj ankaŭ la temperaturo de la rezervo, estas en proksima kontaktado kun la cilindrokapo.
La temperaturo de la gaso falas kiam la gaso eksplodas, kaj la sama estas tenata konstanta per transdonado de infinitezimal-varmo (dT) de la rezervo al la gaso.
La kvanto de transdonita varmo dum la procezo al la gaso estas Qh
ŜTAP 2 – 3
(Reversibla Adiabata Eksplodo Temperaturo Falas de TH al TL)
La sistemo iĝas adiabata kiam la varma rezervo estas anstataŭigita per izolado. Dum tiu procezo, la temperaturo de la gaso falas al Tl de Th.
Tiu procezo estas nomita kiel reversibla kaj ankaŭ adiabata (notu ke ingeniera termodinamiko havas specifan difinon por sistemoj kaj procezoj).
ŜTAP 3 – 4
(Reversibla Izoterma Kompremo, Tl = konstanta)
Je stadio-3, la varmo sinko anstataŭigis la cilindrokapon izoladon je temperaturo Tl. Kiam ekstera forto premas la pistonon enen por farado de laboro sur la gaso, tiam la temperaturo de la gaso pligrandigas.
Sed la temperaturo de la gaso estas tenata konstanta per rifuzado de varmo al la sinko. La kvanto de rifuzita varmo dum la procezo estas Ql.
ŜTAP 4 – 1
(Reversibla Adiabata Kompremo Temperaturo Pligrandigas de Tl al Th)
La varmosinko estas anstataŭigita per izolado, kaj la temperaturo de la gaso pligrandigas de Tl al Th dum la kompremaprocezo.
Laboro farita de la gaso dum la eksplodoprocezo estas la areo sub la kurbo 1-2-3.
Laboro farita sur la gaso dum la kompremaprocezo estas la areo sub la kurbo 3-4-1
Do la netlaboro farita estas donita per la areo sub la vojo 1-2-3-4-1.
Efektiveco de varmomotoresto dependas de la maksimuma kaj minimuma temperaturo de la ciklo:
Carnot diras, ke la efektiveco de la varmomotoresto estas sendependa de la tipo de fluo kaj nur dependas de la maksimuma kaj minimuma temperaturoj dum la ciklo.
Do la efektiveco de la varmomotoresto estas pli alta kiam operacias je superĉaŭmita vapor-temperaturo.
Carnot-ciklo kaj dua leĝo de termodinamiko:
La Carnot-ciklo klare montras, ke la varmo estas absorbita de la alta-temperatura fonto, nomita rezervo, kaj la varmo estas rifuzita al la sinko. Tiu fakto estas la bazo por la dua leĝo de termodinamiko. Sed ekstera laboro estas necesa por movi la varmon en la inversa direkto.
Carnot-ciklo estas reversibla ciklo, kaj ĝi iĝas la Carnot-refrigerilo-kiklo kiam la procezo estas inversigita. La direkto de la varma kaj laborinteragoj estas totala inversigita, do
Tiel,
Absorbita varmo de la malalta-temperatura rezervo estas Ql
Rifuzita varmo al la alta-temperatura rezervo estas Qh
Farita laboro estas Wnet-in
Inversa Carnot-ciklo estas la sama kiel la konvencia Carnot-ciklo, escepte de la direkto de la procezoj.
La Carnot-ciklo estas nomita post “N. L. Sadi Carnot”, kiu inventis ĝin en 1824. Sadi Carnot estas referita kiel la fondinto de termodinamiko pro la malkovro de la rilato inter varmo kaj laboro. Carnot estis unu el la unuaj, kiuj realisis, ke la varmo estas esence laboro en alia formo.
<
