Kitaran Carnot adalah kitaran termodinamik yang dikenali kerana kecekapan maksimumnya. Kitaran Carnot mengubah tenaga yang ada dalam bentuk haba kepada proses yang berguna seperti adiabatik (isentropik) dan proses lain.
Kecekapan enjin Carnot adalah satu tolak nisbah suhu bekas haba panas dengan suhu bekas haba sejuk. Kitaran Carnot dikenali kerana menetapkan penanda aras kecekapan tertinggi yang boleh dicapai oleh mana-mana kitaran atau enjin.
Kerja dilakukan oleh fluida kerja semasa bahagian pertama kitaran dan kerja dilakukan pada fluida kerja semasa bahagian kedua kitaran. Perbezaan antara keduanya adalah kerja bersih yang dilakukan.
Kecekapan kitaran boleh dimaksimumkan dengan menggunakan proses yang memerlukan jumlah kerja paling sedikit dan memberikan hasil paling banyak melalui proses yang boleh dibalik. Secara praktikal, kitaran yang boleh dibalik tidak dapat dicapai kerana ketidakbolehan setiap proses yang tidak dapat dihilangkan.
Pembeku dan enjin haba yang beroperasi pada kitaran yang boleh dibalik dianggap sebagai model untuk membandingkan enjin haba dan pembeku yang sebenar. Dalam perkembangan kitaran sebenar, kitaran yang boleh dibalik bertindak sebagai titik permulaan dan diubahsuai untuk memenuhi keperluan.
Kitaran Carnot terdiri daripada empat proses yang boleh dibalik (2 proses isoterma yang boleh dibalik dan 2 proses adiabatik yang boleh dibalik) seperti berikut:
Kitaran Carnot ditunjukkan di bawah melalui contoh piston yang berkaitan:
LANGKAH 1 – 2
(Penyusutan Isoterma yang Boleh Dibalik, Th = Tetap)
TH adalah suhu awal gas dan juga suhu bekas, berada dalam hubungan rapat dengan kepala silinder.
Suhu gas merosot apabila gas menyusut dan suhu tersebut dikekalkan tetap dengan mentransfer haba infinitesimal (dT) dari bekas ke gas.
Jumlah haba yang dipindahkan semasa proses kepada gas adalah Qh
LANGKAH 2 – 3
(Penyusutan Adiabatik yang Boleh Dibalik, suhu turun dari TH ke TL)
Sistem menjadi adiabatik apabila bekas haba digantikan dengan insulasi. Semasa proses ini, suhu gas merosot dari Th ke Tl.
Proses ini dipanggil boleh dibalik serta adiabatik (perhatikan bahawa termodinamik kejuruteraan mempunyai definisi tertentu untuk sistem dan proses).
LANGKAH 3 – 4
(Pengepresan Isoterma yang Boleh Dibalik, Tl = tetap)
Pada tahap-3, bekas haba digantikan dengan insulasi kepala silinder pada suhu Tl. Apabila daya luar mendorong pemampat ke dalam untuk melakukan kerja pada gas, maka suhu gas meningkat.
Tetapi suhu gas dikekalkan tetap dengan menolak haba ke bekas. Jumlah haba yang ditolak semasa proses adalah Ql.
LANGKAH 4 – 1
(Pengepresan Adiabatik yang Boleh Dibalik, suhu meningkat dari Tl ke Th)
Bekas haba digantikan dengan insulasi dan suhu gas meningkat dari Tl ke Th semasa proses pengepresan.
Kerja yang dilakukan oleh gas semasa proses penyusutan adalah luas yang diberikan di bawah kurva 1-2-3.
Kerja yang dilakukan pada gas semasa proses pengepresan adalah luas yang diberikan di bawah kurva 3-4-1
Oleh itu, kerja bersih yang dilakukan diberikan oleh luas di bawah jalur 1-2-3-4-1.
Kecekapan enjin haba bergantung pada suhu maksimum dan minimum kitaran:
Carnot menyatakan bahawa kecekapan enjin haba tidak bergantung pada jenis fluida dan hanya bergantung pada suhu maksimum dan minimum semasa kitaran.
Oleh itu, kecekapan enjin haba lebih tinggi apabila beroperasi pada suhu wap superpanas.
Kitaran Carnot dan Hukum Termodinamik Kedua:
Kitaran Carnot jelas menunjukkan fakta bahawa haba diserap dari sumber suhu tinggi yang dipanggil bekas dan haba ditolak ke bekas. Fakta ini menjadi asas untuk hukum termodinamik kedua. Tetapi kerja luar diperlukan untuk memindahkan haba dalam arah yang berlawanan.
Kitaran Carnot adalah kitaran yang boleh dibalik, dan ia menjadi kitaran pendinginan Carnot apabila proses dibalik. Arah interaksi haba dan kerja sepenuhnya dibalik, oleh itu
Oleh itu,
Haba yang diserap dari bekas suhu rendah adalah Ql
Haba yang ditolak ke bekas suhu tinggi adalah Qh
Kerja yang dilakukan adalah Wnet-in
Kitaran Carnot terbalik adalah sama dengan Kitaran Carnot biasa kecuali untuk arah proses.
Kitaran Carnot dinamakan selepas "N. L. Sadi Carnot" yang menciptakannya pada tahun 1824. Sadi Carnot dianggap sebagai bapa termodinamik kerana menemui hubungan antara haba dan kerja. Carnot adalah salah seorang yang pertama menyedari bahawa haba pada dasarnya adalah kerja dalam bentuk yang berbeza.
Pernyataan: Hormati asal, artikel yang baik berharga dibagi, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.
