Carnot-syklus og reversert Carnot-syklus

Carnot-syklus

Carnot-syklus er en termodynamisk syklus som er kjent for den beste mulige effektiviteten. Carnot-syklus endrer energien som er tilgjengelig i form av varme for å produsere nyttige reversibele-adiabatiske (isotrope) og andre prosesser.

Effektiviteten til Carnot-motor er ett minus forholdet mellom temperaturen i den varme termiske reservoaren og temperaturen i den kalde reservoaren. Carnot-syklus er kjent for å sette den høyeste effektivitetsstandarden som noen syklus eller motor kan oppnå.

Arbeid utføres av arbeidsmediumet under den første delen av syklusen, og arbeid utføres på arbeidsmediumet under den andre delen av syklusen. Forskjellen mellom de to er det netto arbeid som utføres.

Sykluseffektiviteten kan maksimaliseres ved å bruke prosesser som krever minst mulig arbeid og leverer mest ved å bruke reversibele prosesser. Praktisk sett kan ikke reversibele sykluser oppnås på grunn av irreversibilitet forbundet med hver prosess som ikke kan elimineres.

Kjøleskap og varmemotorer som fungerer på reversibele sykluser, betraktes som modeller for å sammenligne de faktiske varmemotorer og kjøleskap. I utviklingen av den faktiske syklusen, tjener den reversibele syklusen som et utgangspunkt og endres for å møte kravene.

Carnot-syklus består av fire reversibele prosesser (to reversibele-isotermiske og to reversibele-adiabatiske prosesser) som følger:

Carnot-syklus demonstreres nedenfor gjennom relevant eksempel med pistong:
STEG 1 – 2
(Reversibel isotermisk ekspansjon, Th = Konstant)

TH er den initielle temperaturen til gassen og også temperaturen til reservoaret, som er i nær kontakt med sylinderhodet.

Temperaturen på gassen synker når gassen ekspanderer, og temperaturen holdes konstant ved å overføre uendelig lite varme (dT) fra reservoaret til gassen.
Mengden varme overført under prosessen til gassen er Qh

STEG 2 – 3
(Reversibel adiabatisk ekspansjon, temperaturnedgang fra TH til TL)

Systemet blir adiabatisk når varmereservoaret erstattes med isolering. Under denne prosessen synker gassens temperatur fra Th til Tl.

Denne prosessen kalles reversibel og adiabatisk (merk at ingeniørtermodynamikk har en spesifikk definisjon for systemer og prosesser).

STEG 3 – 4
(Reversibel isotermisk kompressjon, Tl = konstant)

På steg 3 erstattes vannkjølingssinken med sylinderhodeisolering ved temperaturen Tl. Når en ekstern kraft presser pistongen innover for å utføre arbeid på gassen, øker gassens temperatur.

Men gassens temperatur holdes konstant ved å forkaste varme til sinken. Mengden varme forkastet under prosessen er Ql.
STEG 4 – 1
(Reversibel adiabatisk kompressjon, temperaturøkning fra Tl til Th)

Vannkjølingssinken erstattes med isolering, og gassens temperatur øker fra Tl til Th under komprimeringsprosessen.

Netto arbeid utført

Arbeid utført av gassen under ekspansjonsprosessen er arealet under kurven 1-2-3.
Arbeid utført på gassen under komprimeringsprosessen er arealet under kurven 3-4-1

Dermed er det netto arbeid utført gitt av arealet under banen 1-2-3-4-1.

Betydningen av Carnot-syklus

Effektiviteten til varmemotorer avhenger av maksimums- og minimumstemperaturen i syklusen:
Carnot hevder at effektiviteten til varmemotorer er uavhengig av fluidtype og avhenger bare av maksimums- og minimumstemperaturen under syklusen.

Dermed er effektiviteten til varmemotorer høyere når de opererer med overoppvarmet damp.
Carnot-syklus og andre lov i termodynamikken:

Carnot-syklus demonstrerte klart at varme absorberes fra en høytemperatur kilde kalt reservoar, og varmen forkastes til en sink. Dette faktumet ble grunnlaget for andre lov i termodynamikken. Men eksternt arbeid er nødvendig for å flytte varmen i motsatt retning.

Omvendt Carnot-syklus

Carnot-syklus er en reversibel syklus, og den blir Carnot-kjølesyklus når prosessen snus. Retningen av varme- og arbeidsinteraksjoner snus totalt, derfor
Dermed,

• Absorbert varme fra lavtemperatur-reservoar er Ql

• Forkasted varme til høytemperatur-reservoar er Qh

• Utført arbeid er Wnett-inn

Omvendt Carnot-syklus er den samme som den konvensjonelle Carnot-syklus, unntatt for retningen av prosessene.

Historie av Carnot-syklus

Carnot-syklus er oppkalt etter "N. L. Sadi Carnot" som oppfant den i 1824. Sadi Carnot refereres til som grunnleggeren av termodynamikken for å ha oppdaget forholdet mellom varme og arbeid. Carnot var en av de første som innså at varme i grunnen er arbeid i en annen form.

Erklæring: Respekt for originaliteten, godt innhold fortjener deling, ved krænking kontakt for sletting.