Carnota cikls ir termodinamiskais cikls, kas pazīstams par labāko iespējamo efektivitāti. Carnota cikls pārveido pieejamo siltumu formā esošo enerģiju, lai radītu noderīgu reversīvu adiabātisko (izotermisko) un citus procesus.
Carnota dzinēja efektivitāte ir vienāds ar mīnus attiecību starp karstu siltuma rezervuāra temperatūru un auksta rezervuāra temperatūru. Carnota cikls ir zināms tādēļ, ka uzstāda visaugstāko efektivitātes standartu, ko var sasniegt jebkurš cikls vai dzinējs.
Darbs tiek veikts darba šķīdumā cikla pirmajā daļā, bet otrajā daļā darbs tiek veikts uz darba šķīdumu. Starp abiem atšķirība ir kopējais veiktais darbs.
Cikla efektivitāti var maksimizēt, izmantojot procesus, kas prasa mazāko darba daudzumu un nodrošina lielāko ieguvumu, izmantojot reversīvus procesus. Praktiski reversīvie cikli nav sasniedzami tāpēc, ka katram procesam ir saistīta neapgriežamība, ko nevar izslēgt.
Ledusskapji un siltuma dzinēji, kas strādā pēc reversīviem cikliem, tiek uzskatīti par modeļiem, lai salīdzinātu reālus siltuma dzinējus un ledusskapjus. Reversīvais cikls kļūst par izgangspunktu faktiskā cikla izstrādē, un to modificē, lai atbilstu prasībām.
Carnota cikls sastāv no četriem reversīgiem procesiem (2 reversīgi izoterma un 2 reversīgi adiabātiski procesi), kas ir šādi:
Carnota cikls tiek demonstrēts zemāk ar atbilstošu piemēru pistona:
SOLIS 1 – 2
(Reversīga izoterma izplešanās, Th = konstants)
TH ir gāzes sākotnējā temperatūra, kā arī rezervuāra temperatūra, kas tuvu kontaktā ar cilindra galvu.
Gāzes temperatūra samazinās, kad gāze izplešas, un to uztur konstantā, pārnosot bezgalīgi mazu siltumu (dT) no rezervuāra uz gāzi.
Procesa laikā gāzei pārnosītā siltuma daudzums ir Qh
SOLIS 2 – 3
(Reversīga adiabātiska izplešanās, temperatūras pazemināšanās no TH līdz TL)
Sistēma kļūst adiabātiska, kad siltuma rezervuārs tiek aizvietots ar izolāciju. Šajā procesā gāzes temperatūra samazinās no Th līdz Tl.
Šis process tiek saukts par reversīgu un adiabātisku (atcerieties, ka inženierzinātnes termodinamika ir specifiska definīcija sistēmām un procesiem).
SOLIS 3 – 4
(Reversīga izoterma kompresija, Tl = konstants)
Stadijā 3 cilindra galvas izolācija tiek aizvietota ar siltuma sinku temperatūrā Tl. Kad ārējā spēks ieved pistona iekšā, veicot darbu uz gāzi, tad gāzes temperatūra palielinās.
Tomēr gāzes temperatūra tiek uzturēta konstantā, nosodot siltumu sinkam. Procesa laikā nosodītā siltuma daudzums ir Ql.
SOLIS 4 – 1
(Reversīga adiabātiska kompresija, temperatūras paaugstināšanās no Tl līdz Th)
Enerģijas sinks tiek aizvietots ar izolāciju, un gāzes temperatūra palielinās no Tl līdz Th kompresijas procesā.
Gāzes veiktā darba daudzums izplešanas procesā ir laukums zem 1-2-3 līknes.
Darba daudzums, kas veikts uz gāzi kompresijas procesā, ir laukums zem 3-4-1 līknes
Tātad kopējais veiktais darbs ir laukums zem 1-2-3-4-1 ceļa.
Siltuma dzinēja efektivitāte atkarīga no cikla maksimālās un minimālās temperatūras:
Carnots teica, ka siltuma dzinēja efektivitāte nav atkarīga no šķīduma veida, bet tikai no maksimālās un minimālās temperatūras cikla laikā.
Tātad siltuma dzinēja efektivitāte ir augstāka, ja tas darbojas pie pārziltošanas siltuma temperatūras.
Carnota cikls un Otrā termodinamikas likums:
Carnota cikls skaidri demonstrē faktu, ka siltums tiek absorbēts no augstākas temperatūras avota, ko sauc par rezervuāru, un siltums tiek nosodīts sinkam. Šis facts kļūst par pamatu Otram termodinamikas likumam. Taču, lai pārvietotu siltumu pretējā virzienā, nepieciešams ārējs darbs.
Carnota cikls ir reversīgs cikls, un tas kļūst par Carnota ledusskapju ciklu, kad process tiek apgriezts. Siltuma un darba interakciju virzieni tiek pilnībā apgriezti, tātad
Tātad,
No zemas temperatūras rezervuāra absorbētais siltums ir Ql
Augstas temperatūras rezervuārā nosodītais siltums ir Qh
Veiktais darbs ir Wnet-in
Apgrieztais Carnota cikls ir tāds pats kā parastais Carnota cikls, izņemot procesu virzienus.
