कार्नो चक्र एउटा थर्मोडायनेमिक चक्र हो जसमा सबैभन्दा राम्रो प्रभावकारीता छ। कार्नो चक्र तप रूपमा उपलब्ध ऊर्जालाई उपयोगी रूपमा बदल्ने गर्दछ र यसले रिवर्सिबल-आदिबाटिक (इसोथर्मिक) र अन्य प्रक्रियाहरू गर्दछ।
कार्नो इंजिनको प्रभावकारीता गर्म तापको तापमान र ठंडो तापको तापमानको अनुपातको एक मिनस छ। कार्नो चक्र यसले कुनै पनि चक्र वा इंजिनले प्राप्त गर्न सकिने सबैभन्दा उच्च प्रभावकारीता बेन्चमार्क गर्दछ।
चक्रको पहिलो भागमा काम गर्ने द्रव्यमानले काम गर्दछ र दोस्रो भागमा काम गर्ने द्रव्यमानलाई काम गरिन्छ। दुई भागको फरक नेट काम हुन्छ।
चक्रको प्रभावकारीतालाई रिवर्सिबल प्रक्रियाहरू प्रयोग गरेर अधिकतम काम गर्ने र सबैभन्दा कम काम गर्ने प्रक्रियाहरू ब्याज गरेर अधिकतम कर्सको गर्न सकिन्छ। वास्तविक रूपमा, रिवर्सिबल चक्रहरू प्राप्त गर्न सकिदैन जो किन जसको प्रत्येक प्रक्रियामा अनिवार्यता छ जसलाई खाली गर्न सकिदैन।
रिवर्सिबल चक्रमा काम गर्ने रेफ्रिजरेटरहरू र ताप इंजिनहरूलाई वास्तविक ताप इंजिनहरू र रेफ्रिजरेटरहरूको तुलना गर्ने लागि मॉडल मानिन्छ। वास्तविक चक्रको विकासमा, रिवर्सिबल चक्र शुरुआती बिन्दु रूपमा सेवा गर्दछ र आवश्यकताको लागि संशोधन गरिन्छ।
कार्नो चक्र चार रिवर्सिबल प्रक्रियाहरू (दुई नम्बरको रिवर्सिबल-इसोथर्मिक र दुई नम्बरको रिवर्सिबल-आदिबाटिक प्रक्रियाहरू) यस प्रकार छन्:
कार्नो चक्र यस प्रकार पिस्टनको उदाहरण दिएर दिखाइएको छ:
चरण १ – २
(रिवर्सिबल इसोथर्मिक विस्तार, Th = स्थिर)
TH गैसको शुरुआती तापमान र ताप रिझर्भ्वरको तापमान छ, जसले सिलिंडर हेडसँग घनिष्ठ सम्पर्कमा छ।
गैस विस्तार गर्दा तापमान घट्छ र यसलाई रिझर्भ्वरबाट गैसमा अनन्तस्पर्श-तप (dT) टान्ने गरेर स्थिर राखिन्छ।
प्रक्रियामा गैसमा टानिएको तप Qh हुन्छ।
चरण २ – ३
(रिवर्सिबल आदिबाटिक विस्तार तापमान घट्दै TH बाट TL)
ताप रिझर्भ्वर थर्मल इन्सुलेशनले बदल्दा प्रणाली आदिबाटिक हुन्छ। यस प्रक्रियामा, गैसको तापमान Tl बाट Th घट्छ।
यो प्रक्रिया रिवर्सिबल र आदिबाटिक (नोट गर्नुहोस् इंजिनियरिङ थर्मोडायनेमिक्स ले प्रणाली र प्रक्रियाहरूको लागि विशिष्ट परिभाषा छ)।
चरण ३ – ४
(रिवर्सिबल इसोथर्मिक संपीडन, Tl = स्थिर)
चरण-३मा, ताप सिंकले सिलिंडर हेड इन्सुलेशनलाई Tl तापमानमा बदल्छ। जब बाहिरी बल गैसमा काम गर्न लाग्छ भने गैसको तापमान बढ्छ।
तर गैसको तापमान सिंकमा तप टाने गरेर स्थिर राखिन्छ। प्रक्रियामा टानिएको तप Ql हुन्छ।
चरण ४ – १
(रिवर्सिबल आदिबाटिक संपीडन तापमान बढ्दै Tl बाट Th)
ऊर्जा सिंकलाई इन्सुलेशनले बदल्दा गैसको तापमान संपीडन प्रक्रियामा Tl बाट Th बढ्छ।
विस्तार प्रक्रियामा गैसले गरिएको काम १-२-३ वक्रको निम्नको क्षेत्र हुन्छ।
संपीडन प्रक्रियामा गैसलाई गरिएको काम ३-४-१ वक्रको निम्नको क्षेत्र हुन्छ
त्यसैले नेट काम गरिएको १-२-३-४-१ वक्रको निम्नको क्षेत्र दिइएको छ।
ताप इंजिनको प्रभावकारीता चक्रको अधिकतम र न्यूनतम तापमान पर निर्भर छ:
कार्नोले बताएको छ कि ताप इंजिनको प्रभावकारीता द्रव्यको प्रकार बाट स्वतन्त्र र चक्रमा अधिकतम र न्यूनतम तापमानको आधारमा निर्भर छ।
त्यसैले ताप इंजिनको प्रभावकारीता अधिक छ जब सुपर-हिट भापको तापमानमा काम गर्छ।
कार्नो चक्र र थर्मोडायनेमिक्सको दोस्रो नियम:
कार्नो चक्रले यस तथ्यलाई स्पष्ट गर्दछ कि तप उच्च तापमानको स्रोतबाट लिइन्छ जसलाई रिझर्भ्वर भनिन्छ र तप ताप सिंकमा टानिन्छ। यो तथ्य थर्मोडायनेमिक्सको दोस्रो नियमको आधार बन्छ। तर बाहिरी काम गर्नुपर्छ जब तप उल्टो दिशामा लिनुपर्छ।
