Carnotov ciklus i obrnuti Carnotov ciklus

Carnot ciklus

Carnot ciklus je termodinamički ciklus poznat po najboljoj mogućoj učinkovitosti. Carnot ciklus pretvara energiju dostupnu u obliku topline kako bi proizveo korisne reversibilne adijabatske (izotropske) i druge procese.

Učinkovitost Carnot motora jednaka je jedan minus omjer temperature tople termalne rezerve i temperature hladne rezerve. Carnot ciklus je poznat po tome što postavlja najvišu granicu učinkovitosti koju bilo koji ciklus ili motor može postići.

Rad se izvodi radnim tekućinama tijekom prvog dijela ciklusa, a rad se vrši na radnoj tekućini tijekom drugog dijela ciklusa. Razlika između ova dva je neto izvršeni rad.

Učinkovitost ciklusa može se maksimizirati korištenjem procesa koji zahtijevaju najmanje rada i dostavljaju najviše korištenjem reversibilnih procesa. U praksi, reversibilni ciklusi ne mogu se postići zbog ireversibilnosti povezane s svakim procesom koja se ne može eliminirati.

Hladnjaci i toplinski motori koji rade na reversibilnim ciklusima smatraju se modelima za usporedbu stvarnih toplinskih motora i hladnjaka. U razvoju stvarnog ciklusa, reversibilni ciklus služi kao početna točka i mijenja se kako bi se ispunili zahtjevi.

Carnot ciklus sastoji se od četiri reversibilna procesa (2 nos. reversibilno-izotermskih i 2 nos. reversibilno-adijabatskih procesa) koji su sljedeći:

Carnot ciklus je prikazan dolje kroz relevantni primjer stupca:
KORAK 1 – 2
(Reversibilna izotermna ekspanzija, Th = Konstanta)

TH je početna temperatura plina i također temperatura rezerve, koja je u bliskom kontaktu s glavom cilindra.

Temperatura plina pada kada plin ekspanzira, a ista se zadržava konstantnom prenosem beskonačno male topline (dT) iz rezerve u plin.
Količina topline prenesena tijekom procesa u plin je Qh

KORAK 2 – 3
(Reversibilna adijabatska ekspanzija, temperatura pada s TH na TL)

Sustav postaje adijabatski kada se toplinska rezerva zamijeni izolacijom. Tijekom ovog procesa, temperatura plina pada na Tl s Th.

Ovaj proces naziva se reversibilnim i adijabatskim (napomena da inženjerska termodinamika ima specifičnu definiciju sustava i procesa).

KORAK 3 – 4
(Reversibilna izotermna kompresija, Tl = konstanta)

Na etapi 3, toplinski senzor zamijeni izolaciju glave cilindra na temperaturi Tl. Kada vanjska sila gurne stupac unutra radi rada na plinu, temperatura plina se povećava.

Ali temperatura plina se zadržava konstantnom odbacivanjem topline u senzor. Količina topline odbačena tijekom procesa je Ql.
KORAK 4 – 1
(Reversibilna adijabatska kompresija, temperatura se povećava s Tl na Th)

Energetska senzorica zamijenjena je izolacijom, a temperatura plina se povećava s Tl na Th tijekom procesa kompresije.

Neto izvršeni rad

Rad izvršen plinom tijekom procesa ekspanzije predstavljen je površinom pod krivuljom 1-2-3.
Rad izvršen na plinu tijekom procesa kompresije predstavljen je površinom pod krivuljom 3-4-1

Stoga je neto izvršeni rad predstavljen površinom pod putanjom 1-2-3-4-1.

Važnost Carnot ciklusa

Učinkovitost toplinskog motora ovisi o maksimalnoj i minimalnoj temperaturi ciklusa:
Carnot tvrdi da učinkovitost toplinskog motora ne ovisi o vrsti tekuće tekućine, već samo o maksimalnoj i minimalnoj temperaturi tijekom ciklusa.

Stoga je učinkovitost toplinskog motora veća kada radi na superzagrijanoj parnoj temperaturi.
Carnot ciklus i drugi zakon termodinamike:

Carnot ciklus jasno je pokazao činjenicu da se toplina apsorbira iz izvora visoke temperature, zvanog rezervom, a toplina se odbacuje u senzor. Ova činjenica postaje osnova za drugi zakon termodinamike. Međutim, za premještanje topline u suprotnom smjeru potreban je vanjski rad.

Obrnuti Carnot ciklus

Carnot ciklus je reversibilni ciklus, i postaje Carnot ciklus hlađenja kada se proces obrne. Smjer interakcija topline i rada potpuno se obrne, stoga
Stoga,

• Toplina apsorbirana iz rezerve niske temperature je Ql

• Toplina odbačena u rezervu visoke temperature je Qh

• Izvršeni rad je Wnet-in

Obrnuti Carnot ciklus isti je kao i konvencionalni Carnot ciklus, osim smjera procesa.

Povijest Carnot ciklusa

Carnot ciklus nosi ime po "N. L. Sadi Carnot"u, koji ga je izumio 1824. godine. Sadi Carnot se smatra osnivačem termodinamike za otkriće odnosa između topline i rada. Carnot je bio jedan od prvih koji je shvatio da je toplina u biti rad u drugom obliku.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijedne podijeliti, ako je došlo do kršenja autorskih pr