Carnot-sýningin og snúður Carnot-sýningarinnar

Carnot-sýkli

Carnot-sýkli er varmfræðilegur sýkur sem er þekktur fyrir besta mögulega hagnýtingu. Carnot-sýkli breytir orku sem er tiltæk í formi hita til að framleiða gagnlega endurþátta (samhverfu) og aðrar ferlar.

Hagnýting motorsins á Carnot-basis er einn mínus hlutfallið milli hitastigs heitar varmakvants og hitastigs kalda varmakvants. Carnot-sýkli er þekktur fyrir að setja upp efstu hagnýtingsmerki sem allir sýklar eða motorar geta náð.

Vinni er gert af vinnumæli í fyrri hluta sýklans og vinni er gert á vinnumæli í seinna hluta sýklans. Misfall milli þeirra tveggja er netto vinni.

Hagnýting sýklans getur verið aukin með því að nota ferla sem krefjast minnstu mælda vinni og gefa mestu með því að nota endurþáttanlega ferla. Í raun má ekki ná endurþáttanlegum sýklum vegna óendurþáttanleika sem eru tengd hverju ferli sem ekki er hægt að eyða.

Kylarar og hitamotorar sem vinna á endurþáttanlegum sýklum eru notuð sem dæmi til að sameina raunverulegu hitamotorar og kylara. Í þróun raunverulegs sýklis er endurþáttanlegur sýkli byrjunarmarkmiði og breyttur svo að uppfylla kröfur.

Carnot-sýkli er samsettur af fjórum endurþáttanlegum ferlum (2 endurþáttanlegir isoterma og 2 endurþáttanlegir adiabata ferlar) sem eru eftirfarandi:

Carnot-sýkli er sýndur hér fyrir neðan með viðeigandi dæmi um stokkar:
STAPA 1 – 2
(Endurþáttanlegur isoterma útspennun, Th = fast)

TH er upphafshitastig gassins og líka hitastig varmakvantsins, sem er í nálægð við stokkhöfuðið.

Hitastig gassins lækkar þegar hann spennist út og sama er haldið fast með því að flytja óendanlega litla hita (dT) frá varmakvanti til gassins.
Magn hita sem var flutt í ferlinu til gassins er Qh

STAPA 2 – 3
(Endurþáttanlegur adiabata útspennun, hitastig lækkar frá TH til TL)

Kerfið verður adiabata þegar varmakvantsinn er skipt út fyrir ofurtæpi. Í þessu ferli lækkar hitastig gassins frá Th til Tl.

Þetta ferli er kölluð endurþáttanlegt og adiabata (athugið að verkfræði varmfræði hefur ákveðin skilgreiningu fyrir kerfi og ferla).

STAPA 3 – 4
(Endurþáttanlegur isoterma samþykkun, Tl = fast)

Í stapi 3 er hitasinkinn skipt út fyrir ofurtæpi á stokkhöfuði við hitastig Tl. Þegar ytri kraft pressar stokkinn inn í stokkhöfuðið til að gera vinnu á gassinum, lækkar hitastig gassins.

En hitastig gassins er haldið fast með því að henda hita til sinknar. Magn hita sem er hendið í ferlinu er Ql.
STAPA 4 – 1
(Endurþáttanlegur adiabata samþykkun, hitastig stækkar frá Tl til Th)

Hitasinkinn er skipt út fyrir ofurtæpi og hitastig gassins stækkar frá Tl til Th í samþykkningsferlinu.

Netto vinni framkvæmd

Vinni gert af gassinum í útspenningsferlinu er svæðið undir ferlinu 1-2-3.
Vinni gert á gassinum í samþykkningsferlinu er svæðið undir ferlinu 3-4-1

Þannig er netto vinni gefin af svæðinu undir ferlinu 1-2-3-4-1.

Mikilvægi Carnot-sýklis

Hagnýting hitamotorsins fer eftir hásta og lágsta hitastigi sýklans:
Carnot segir að hagnýting hitamotorsins sé óháð gerðar vatnsins og að hún beri eingöngu saman við hásta og lágsta hitastigi í sýklanum.

Þannig er hagnýting hitamotorsins hærri þegar hann vinna á ofurheittum vatni.
Carnot-sýkli og annar lögmál varmfræði:

Carnot-sýkli hefur skýrt að hiti er tekið upp úr háhitastigskildi sem kallað er varmakvants og hiti er hendið í sinku. Þessi fyrirlestur er grunnur fyrir annar lögmál varmfræði. En ytri vinni er nauðsynleg til að færa hitann í öfuga átt.

Öfugur Carnot-sýkli

Carnot-sýkli er endurþáttanlegur sýkli, og hann verður Carnot-kylarsýkli þegar ferlinn er snúið við. Stefnu hita og vinnu er fullkomlega snúið við, svo
Þannig,

• Hiti tekið upp úr lághitastigskildi er Ql

• Hiti hendið í háhitastigskildi er Qh

• Vinni gert er Wnet-in

Öfugur Carnot-sýkli er sá sami og venjulegur Carnot-sýkli nema fyrir stefnu ferla.

Saga Carnot-sýklis

Carnot-sýkli er nefndur eftir „N. L. Sadi Carnot“ sem uppfann hann árið 1824. Sadi Carnot er talin vera stofnari varmfræði fyrir að hafa uppgötvað muninn á hita og vinni. Carnot var einn fyrstir til að skilja að hiti er í