Carnot-cyclus en omgekeerde Carnot-cyclus

Carnot-cyclus

De Carnot-cyclus is een thermodynamische cyclus die bekend staat om de beste mogelijke efficiëntie. De Carnot-cyclus verandert de beschikbare energie in de vorm van warmte om bruikbare reversible-adiabatische (isotrope) en andere processen te produceren.

De efficiëntie van de Carnot-motor is één min het verhouding van de temperatuur van de hete warmtebron tot de temperatuur van de koude warmtebron. De Carnot-cyclus staat bekend om het instellen van de hoogste efficiëntie-benchmark die elke cyclus of motor kan bereiken.

Tijdens het eerste deel van de cyclus wordt werk verricht door het werkende vloeistof, en tijdens het tweede deel van de cyclus wordt werk verricht op het werkende vloeistof. Het verschil tussen de twee is het netto verrichte werk.

De cycleasefficiëntie kan worden gemaximaliseerd door gebruik te maken van processen die het minste werk vereisen en het meeste opleveren door gebruik te maken van reversible processen. Praktisch gezien kunnen reversible cycli niet worden bereikt vanwege de irreversibiliteit die met elk proces gepaard gaat, die niet kan worden geëlimineerd.

Koelkasten en warmtemotoren die werken op reversible cycli worden beschouwd als modellen voor het vergelijken van de daadwerkelijke warmtemotoren en koelkasten. Bij de ontwikkeling van de daadwerkelijke cyclus dient de reversible cyclus als uitgangspunt en wordt aangepast om aan de eisen te voldoen.

De Carnot-cyclus bestaat uit vier reversible processen (2 nos. reversible-isotherm en 2 nos. reversible-adiabatisch processen) zoals hieronder beschreven:

De Carnot-cyclus wordt hieronder gedemonstreerd door middel van het relevante voorbeeld van de zuiger:
STAP 1 – 2
(Reversible isotherme expansie, Th = Constant)

TH is de initiële temperatuur van het gas en ook de temperatuur van de reservoir, dat in nauw contact staat met de cilinderkop.

Wanneer het gas zich uitbreidt, daalt de temperatuur van het gas, en deze wordt constant gehouden door infinitesimaal-warmte (dT) over te dragen van het reservoir naar het gas.
Het bedrag aan warmte dat tijdens het proces wordt overgedragen aan het gas is Qh

STAP 2 – 3
(Reversible adiabatische expansie, temperatuurdaling van TH tot TL)

Het systeem wordt adiabatisch wanneer het warmtereservoir wordt vervangen door isolatie. Tijdens dit proces daalt de temperatuur van het gas van Tl tot Th.

Dit proces wordt zowel reversible als adiabatisch genoemd (let op dat engineering thermodynamica een specifieke definitie heeft voor systemen en processen).

STAP 3 – 4
(Reversible isotherme compressie, Tl = constant)

Op fase-3 wordt de warmtesink de isolatie van de cilinderkop vervangen bij temperatuur Tl. Wanneer een externe kracht de zuiger naar binnen duwt om werk te doen op het gas, dan stijgt de temperatuur van het gas.

Maar de temperatuur van het gas wordt constant gehouden door warmte af te voeren naar de sink. Het bedrag aan warmte dat tijdens het proces wordt afgewezen is Ql.
STAP 4 – 1
(Reversible adiabatische compressie, temperatuurstijging van Tl tot Th)

De warmtesink wordt vervangen door isolatie en de temperatuur van het gas stijgt van Tl tot Th tijdens het compressieproces.

Netto verricht werk

Het werk dat door het gas wordt verricht tijdens het expansieproces is het gebied onder de curve 1-2-3.
Het werk dat op het gas wordt gedaan tijdens het compressieproces is het gebied onder de curve 3-4-1

Dus het netto verricht werk wordt gegeven door het gebied onder het pad 1-2-3-4-1.

Betekenis van de Carnot-cyclus

De efficiëntie van de warmtemotor hangt af van de maximale en minimale temperatuur van de cyclus:
Carnot stelt dat de efficiëntie van de warmtemotor onafhankelijk is van het type vloeistof en alleen afhangt van de maximale en minimale temperaturen tijdens de cyclus.

Dus de efficiëntie van de warmtemotor is hoger wanneer hij werkt op super-verhit stoom.
Carnot-cyclus en de Tweede Wet van de Thermodynamica:

De Carnot-cyclus demonstreerde duidelijk het feit dat warmte wordt opgenomen uit de hoge-temperatuur bron, genaamd reservoir, en de warmte wordt afgestoten naar de sink. Dit feit vormt de basis voor de Tweede Wet van de Thermodynamica. Maar externe arbeid is nodig om de warmte in de tegengestelde richting te verplaatsen.

Omgekeerde Carnot-cyclus

Carnot-cyclus is een reversible cyclus, en het wordt de Carnot-refrigeratiecyclus wanneer het proces wordt omgekeerd. De richting van warmte- en arbeidsinteracties wordt volledig omgekeerd, dus
Dus,

• De opgenomen warmte van de lage-temperatuur-reservoir is Ql

• De afgestoten warmte naar de hoge-temperatuur-reservoir is Qh

• Het verrichte werk is Wnet-in

Omgekeerde Carnot-cyclus is hetzelfde als de conventionele Carnot-cyclus, behalve voor de richting van de processen.

Geschiedenis van de Carnot-cyclus

De Carnot-cyclus is genoemd naar "N. L. Sadi Carnot", die het in 1824 uitvond. Sadi Carnot wordt beschouwd als de grondlegger van de thermodynamica voor het ontdekken van het verband tussen warmte en arbeid. Carnot was een van de eersten die beseften dat warmte in wezen arbeid is in een andere vorm.

Verklaring: Respecteer de originele, goede artikelen die de deling waard zijn, indien er sprake is van schending neem dan contact op om te verwijderen.