Цикл на Карно и Обрнат цикл на Карно
Карно циклус
Карно циклус е термодинамички циклус познат по најдобрата можна ефикасност. Карно циклус претворува енергија достапна во формата на топлина за да произведе корисни обратни адиабатски (изотермни) и други процеси.
Ефикасноста на Карнов мотор е едно минус односот на температурата на гореста топлинска резерва со температурата на хладната резерва. Карно циклус е познат по тоа што поставува највисок стандард за ефикасност кој било кој циклус или мотор може да постигне.
Работата се извршува од работната течност во првиот дел од циклусот, а работата се извршува на работната течност во вториот дел на циклусот. Разликата помеѓу двете е нетната работа.
Ефикасноста на циклусот може да се максимизира со користење на процеси кои бараат најмалку работа и даваат најмногу со користење на обратни процеси. Практички, обратните циклуси не можат да се постигнат поради необратливоста поврзана со секој процес која не може да се елиминира.
Хладилници и топлински мотори кои работат на обратни циклуси се сметаат за модели за споредба на вистинските топлински мотори и хладилници. Во развојот на вистинскиот циклус, обратниот циклус служи како почетна точка и се модифицира за да одговара на барањата.
Карно циклус е состоен од четири обратни процеси (2 обратни изотермни и 2 обратни адиабатски процеси) и тоа:
Карно циклус е демонстриран подолу преку релевантен пример на плунџер:
ЧЕКАЛОТ 1 – 2
(Обратно изотермно расширување, Th = Константна)
TH е почетната температура на гасот и исто така температурата на резервата, која е во блиска контакт со главата на цилиндерот.
Температурата на гасот пада кога гасот се расширува, а истата се одржува константна со пренос на бесконечно малка топлина (dT) од резерватата до гасот.
Количеството топлина пренесено за време на процесот до гасот е Qh
ЧЕКАЛОТ 2 – 3
(Обратно адиабатско расширување со пад на температурата од TH до TL)
Системот станува адиабатски кога топлината резерват е заменета со изолација. За време на овој процес, температурата на гасот пада од Tl до Th.
Овој процес се нарекува обратен и адиабатски (напомена: инженерингска термодинамика има специфична дефиниција за системи и процеси).
ЧЕКАЛОТ 3 – 4
(Обратно изотермно компресија, Tl = константна)
На стадиум-3, изолацијата на главата на цилиндерот е заменета со раковина на температура Tl. Кога екстерна сила го притиснува плунџерот надвор за да се изврши работа на гасот, температурата на гасот се зголемува.
Но температурата на гасот се одржува константна со отфрлање на топлина во раковината. Количеството топлина отфрлено за време на процесот е Ql.
ЧЕКАЛОТ 4 – 1
(Обратно адиабатско компресија со зголемување на температурата од Tl до Th)
Раковината е заменета со изолација и температурата на гасот се зголемува од Tl до Th за време на процесот на компресија.
Нетна работа
Работата извршена од гасот за време на процесот на расширување е областа под кривата 1-2-3.
Работата извршена на гасот за време на процесот на компресија е областа под кривата 3-4-1
Така, нетната работа е дадена со областа под патот 1-2-3-4-1.
Важноста на Карно циклус
Ефикасноста на топлинскиот мотор зависи од максималната и минималната температура на циклусот:
Карно вели дека ефикасноста на топлинскиот мотор е независна од типот на течноста и зависи само од максималната и минималната температура за време на циклусот.
Така, ефикасноста на топлинскиот мотор е поголема кога функционира на температура на надпарен пар.
Карно циклус и втор закон на термодинамиката:
Карно циклус јасно демонстрира фактот дека топлината се апсорбира од изворот на висока температура наречен резерват, а топлината се отфрлува во раковина. Овој факт станува основа за вториот закон на термодинамиката. Но потребна е екстерна работа за да се премести топлината во обратна насока.
Обрнат Карно циклус
Карно циклус е обратен циклус, и станува Карнов циклус на хладење кога процесот се обрнува. Усмерението на интеракциите со топлината и работата се потполно обрнува, затоа
Така,
Апсорбираната топлина од резерват со ниска температура е Ql
Отфрлената топлина во резерват со висока температура е Qh
Извршената работа е Wnet-in
Обрнат Карно циклус е ист како и конвенционалниот Карно циклус, освен што усмерението на процесите е обратно.
