कार्नो चक्र और उलटा कार्नो चक्र

कार्नो चक्र

कार्नो चक्र एक थर्मोडायनामिक चक्र है जो सर्वश्रेष्ठ संभव दक्षता के लिए जाना जाता है। कार्नो चक्र उपलब्ध ऊष्मा ऊर्जा को उपयोगी प्रतिगामी-अधिकारिक (समानांगिक) और अन्य प्रक्रियाओं में बदलता है।

कार्नो इंजन की दक्षता गर्म थर्मल भंडार के तापमान और ठंडे भंडार के तापमान के अनुपात के एक में से घटा कर प्राप्त होती है। कार्नो चक्र कोई भी चक्र या इंजन द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली सर्वोच्च दक्षता के मानक के लिए जाना जाता है।

चक्र के पहले भाग के दौरान काम कार्य द्रव्य द्वारा किया जाता है और चक्र के दूसरे भाग के दौरान काम कार्य द्रव्य पर किया जाता है। दोनों के बीच का अंतर शुद्ध काम होता है।

चक्र की दक्षता को प्रतिगामी प्रक्रियाओं का उपयोग करके काम की न्यूनतम मात्रा और अधिकतम उत्पादन द्वारा अधिकतम किया जा सकता है। व्यावहारिक रूप से, प्रतिगामी चक्र प्रत्येक प्रक्रिया से संबंधित अप्रतिगामिता के कारण नहीं प्राप्त किए जा सकते, जो दूर किए नहीं जा सकते।

प्रतिगामी चक्रों पर काम करने वाले रेफ्रिजरेटर और ऊष्मा इंजन वास्तविक ऊष्मा इंजनों और रेफ्रिजरेटरों की तुलना के लिए मॉडल माने जाते हैं। वास्तविक चक्र के विकास में, प्रतिगामी चक्र एक आरंभिक बिंदु के रूप में काम करता है और आवश्यकता को पूरा करने के लिए संशोधित किया जाता है।

कार्नो चक्र चार प्रतिगामी प्रक्रियाओं (2 प्रतिगामी-समान तापीय और 2 प्रतिगामी-अधिकारिक प्रक्रियाएँ) से बना होता है:

कार्नो चक्र को निम्नलिखित पिस्टन के उदाहरण द्वारा नीचे दिखाया गया है:
चरण 1 - 2
(प्रतिगामी समान तापीय विस्तार, Th = स्थिर)

TH गैस का प्रारंभिक तापमान और सिलेंडर हेड से निकट संपर्क में रिझर्वार का तापमान है।

गैस विस्तारित होते ही गैस का तापमान गिरता है और इसे रिझर्वार से गैस को अनंतesimal-heat (dT) स्थिर रखने के लिए स्थिर रखा जाता है।
प्रक्रिया के दौरान गैस में स्थानांतरित की गई ऊष्मा की मात्रा Qh है।

चरण 2 - 3
(प्रतिगामी अधिकारिक विस्तार, तापमान TH से TL तक की गिरावट)

जब ऊष्मा रिझर्वार को अनुकूलन से बदल दिया जाता है, तो प्रणाली अधिकारिक हो जाती है। इस प्रक्रिया के दौरान, गैस का तापमान Tl से Th तक गिर जाता है।

यह प्रक्रिया प्रतिगामी और अधिकारिक (नोट कीजिए कि इंजीनियरिंग थर्मोडायनामिक्स के लिए प्रणालियों और प्रक्रियाओं की विशिष्ट परिभाषा होती है)।

चरण 3 - 4
(प्रतिगामी समान तापीय संपीड़न, Tl = स्थिर)

चरण-3 पर, ऊष्मा सिंक ने सिलेंडर हेड अनुकूलन को Tl तापमान पर बदल दिया। जब बाहरी बल गैस पर काम करने के लिए पिस्टन को अंदर की ओर धकेलता है, तो गैस का तापमान बढ़ता है।

लेकिन गैस का तापमान सिंक से ऊष्मा अस्वीकार करके स्थिर रखा जाता है। प्रक्रिया के दौरान अस्वीकृत ऊष्मा की मात्रा Ql है।
चरण 4 - 1
(प्रतिगामी अधिकारिक संपीड़न, तापमान Tl से Th तक बढ़ता है)

ऊष्मा सिंक को अनुकूलन से बदल दिया जाता है और संपीड़न प्रक्रिया के दौरान गैस का तापमान Tl से Th तक बढ़ता है।

शुद्ध काम किया

विस्तार प्रक्रिया के दौरान गैस द्वारा किया गया काम वक्र 1-2-3 के नीचे दिए गए क्षेत्र है।
संपीड़न प्रक्रिया के दौरान गैस पर किया गया काम वक्र 3-4-1 के नीचे दिए गए क्षेत्र है।

इस प्रकार शुद्ध काम 1-2-3-4-1 के पथ के नीचे दिए गए क्षेत्र द्वारा दिया जाता है।

कार्नो चक्र का महत्व

ऊष्मा इंजन की दक्षता चक्र के अधिकतम और न्यूनतम तापमान पर निर्भर करती है:
कार्नो ने कहा कि ऊष्मा इंजन की दक्षता द्रव के प्रकार पर निर्भर नहीं करती और केवल चक्र के दौरान अधिकतम और न्यूनतम तापमान पर निर्भर करती है।

इसलिए ऊष्मा इंजन की दक्षता अतिगर्मित भाप तापमान पर काम करते समय अधिक होती है।
कार्नो चक्र और थर्मोडायनामिक्स का द्वितीय नियम:

कार्नो चक्र ने यह साफ रूप से दिखाया कि ऊष्मा उच्च तापमान वाले स्रोत से अवशोषित होती है, जिसे रिझर्वार कहा जाता है, और ऊष्मा सिंक पर अस्वीकार की जाती है। यह तथ्य थर्मोडायनामिक्स के द्वितीय नियम के लिए आधार बनता है। लेकिन ऊष्मा क