Carnoti tsükkel ja pöörd-Carnoti tsükkel

Carnot tsükkel

Carnot tsükkel on termodynaamiline tsükkel, mis on tuntud oma parima võimaliku tööjõulisuse poolest. Carnot tsükkel muudab saadaval oleva soojuse energia kasutatavaks, toodab kasutatava reversiivset-adiabaatilist (isotroopilist) ja muid protsesse.

Carnot mootti tööjõulisus on üks miinus külmema soojusreservoari temperatuuri suhe soojema soojusreservoari temperatuurile. Carnot tsükkel on tuntud selle poolest, et see seadistab kõrgeim tööjõulisuse standard, mida igasugune tsükkel või moottor saavutada võib.

Töö tehakse töövoolikul esimeses tsükli osas ja töö tehakse töövoolikule teises tsükli osas. Kaks osa erinevus on netto töö.

Tsükli tööjõulisust saab maksimeerida kasutades protsesse, mis nõuavad vähimat tööd ja andevad kõige rohkem kasutades reversiivseid protsesse. Praktiliselt ei saa reversiivseid tsükleid saavutada, kuna iga protsessiga kaasnevad irreversiivsus, mida ei saa eemaldada.

Soojusmoovid ja külmamoodid, mis töötavad reversiivsetel tsüklitel, vaadeldakse mallideks tegelike soojusmoovide ja külmamoodide võrdlemiseks. Tegeliku tsükli arendamisel teenib reversiivne tsükkel aluseks ja seda muudetakse vastavalt vajadusele.

Carnot tsükkel koosneb neljast reversiivsest protsessist (2 nos. reversiiv-isotermilist ja 2 nos. reversiiv-adiabaatilist protsessit) järgmiselt:

Carnot tsükkel on näidatud järgmisel viisil pistikuga:
SAMM 1 – 2
(Reversiivne isotermiline laienemine, Th = Püsiv)

TH on gaasi algne temperatuur ja samuti reservuaari temperatuur, mis on tiivitavas kontaktis silindri peaga.

Gaasi temperatuur langes, kui gaas laienes ja sama pideti püsivana, edastades lõpmatu soojuse (dT) reservuaarist gaasile.
Protsessi käigus gaasile edastatud soojuse kogus on Qh

SAMM 2 – 3
(Reversiivne adiabaatiline laienemine, temperatuur langus TH-st TL-ni)

Süsteem muutub adiabaatiliseks, kui soojusreservuaar asendatakse isolatsiooniga. Selle protsessi käigus gaasi temperatuur langeb Tl-st Th-ni.

See protsess on nimetatud reversiivseks ja adiabaatiliseks (märgi, et inseneri termomehaanika omab spetsiifilisi definitsioone süsteemide ja protsesside kohta).

SAMM 3 – 4
(Reversiivne isotermiline kompressioon, Tl = püsiv)

Etapis 3 soojusreservuaar asendas silindri peaga isolatsiooni temperatuuril Tl. Kui väline jõud surub pistikku sisse, siis gaasi temperatuur tõuseb.

Kuid gaasi temperatuur hoideti püsivana, tagastades soojuse sinki. Protsessi käigus tagastatud soojuse kogus on Ql.
SAMM 4 – 1
(Reversiivne adiabaatiline kompressioon, temperatuur tõuseb Tl-st Th-ni)

Energiasink asendati isolatsiooniga ja gaasi temperatuur tõusis Tl-st Th-ni kompressiooniprotsessi käigus.

Netto töö tehtud

Töö, mida gaas teeb laienemisprotsessi käigus, on kõvera 1-2-3 all olev ala.
Töö, mida tehti gaasile kompressiooniprotsessi käigus, on kõvera 3-4-1 all olev ala

Nii et netto töö on antud tee 1-2-3-4-1 all oleva alaga.

Carnot tsükli tähtsus

Soojusmoovi tööjõulisus sõltub tsükli maksimaalsest ja minimaalsest temperatuurist:
Carnot väidab, et soojusmoovi tööjõulisus on sõltumatu vedeliku tüübist ja sõltub ainult tsükli maksimaalsetest ja minimaalsetest temperatuuridest.

Seega on soojusmoovi tööjõulisus kõrgem, kui see töötab ületunnetud auruka temperatuuril.
Carnot tsükkel ja termomehaanika teine seadus:

Carnot tsükkel selgitas selgesti, et soojus imetatakse kõrge temperatuuriga allikast, mis on reservuaar, ja soojus väljastatakse siniks. See fakt sai aluseks termomehaanika teisele seadusele. Kuid soojuse liigutamiseks vastupidises suunas on vaja välise töö.

Pöörd-Carnot tsükkel

Carnot tsükkel on reversiivne tsükkel ja see muutub Carnot külmamoodi tsükliks, kui protsessi pööratakse. Soojuse ja töö interaktsioonide suund on täiesti pöördväärt.
Nii,

• Soojus, mida imetatakse madala temperatuuriga reservuaarist, on Ql

• Soojus, mida väljastatakse kõrge temperatuuriga reservuaari, on Qh

• Töö, mida tehti, on Wnet-in

Pöörd-Carnot tsükkel on sama, mis tavaline Carnot tsükkel, välja arvatud protsesside suund.

Carnot tsükli ajalugu

Carnot tsükkel on nimetatud N. L. Sadi Carnoti järgi, kes leiutas selle 1824. aastal. Sadi Carnot on tuntud termomehaanika rajajana, avastades soojuse ja töö suhet. Carnot oli üks esimestest, kes mõistis, et soojus on põhimõtteliselt töö teises vormis.

Väljendus: Austa