Цикл Карно и обратный цикл Карно
Цикл Карно
Цикл Карно — это термодинамический цикл, который известен своей наилучшей возможной эффективностью. Цикл Карно преобразует доступную энергию в виде тепла для производства полезной работы, используя обратимые адиабатические (изотермические) и другие процессы.
Эффективность двигателя Карно равна единице минус отношение температуры горячего термического резервуара к температуре холодного резервуара. Цикл Карно известен тем, что устанавливает максимальную границу эффективности, которую может достичь любой цикл или двигатель.
Работа выполняется рабочим телом в первой части цикла, а работа выполняется над рабочим телом во второй части цикла. Разница между этими двумя величинами является чистой работой.
Эффективность цикла может быть максимизирована за счет использования процессов, требующих минимального количества работы и обеспечивающих максимальное количество работы, используя обратимые процессы. На практике обратимые циклы не могут быть достигнуты из-за необратимости, связанной с каждым процессом, которая не может быть устранена.
Холодильники и тепловые двигатели, работающие на обратимых циклах, считаются моделями для сравнения с реальными тепловыми двигателями и холодильниками. При разработке реального цикла обратимый цикл служит отправной точкой и модифицируется в соответствии с требованиями.
Цикл Карно состоит из четырех обратимых процессов (два обратимо-изотермических и два обратимо-адиабатических процесса), которые следующие:
Цикл Карно демонстрируется ниже на примере поршня:
ШАГ 1 – 2
(Обратимое изотермическое расширение, Th = постоянная)
TH — начальная температура газа и также температура резервуара, находящаяся в непосредственном контакте с головкой цилиндра.
Температура газа падает, когда он расширяется, и поддерживается постоянной путем передачи бесконечно малого количества тепла (dT) от резервуара к газу.
Количество тепла, переданного газу в процессе, равно Qh.
ШАГ 2 – 3
(Обратимое адиабатическое расширение, температура падает от TH до TL)
Система становится адиабатической, когда тепловой резервуар заменяется теплоизоляцией. В этом процессе температура газа падает от Th до Tl.
Этот процесс называется обратимым и адиабатическим (заметьте, что инженерная термодинамика имеет специальное определение для систем и процессов).
ШАГ 3 – 4
(Обратимое изотермическое сжатие, Tl = постоянная)
На этапе 3 теплоизоляция головки цилиндра заменяется на теплоприемник при температуре Tl. Когда внешняя сила толкает поршень внутрь, выполняя работу на газ, температура газа увеличивается.
Однако температура газа поддерживается постоянной путем отвода тепла в приемник. Количество тепла, отведенного в процессе, равно Ql.
ШАГ 4 – 1
(Обратимое адиабатическое сжатие, температура увеличивается от Tl до Th)
Теплоизоляция заменяет теплоприемник, и температура газа увеличивается от Tl до Th в процессе сжатия.
Чистая работа
Работа, выполненная газом в процессе расширения, представляет собой площадь под кривой 1-2-3.
Работа, выполненная на газ в процессе сжатия, представляет собой площадь под кривой 3-4-1
Таким образом, чистая работа представлена площадью под путь 1-2-3-4-1.
Важность цикла Карно
Эффективность теплового двигателя зависит от максимальной и минимальной температуры цикла:
Карно утверждает, что эффективность теплового двигателя не зависит от типа жидкости и зависит только от максимальной и минимальной температур в цикле.
Таким образом, эффективность теплового двигателя выше, когда он работает при сверхкритической температуре пара.
Цикл Карно и второй закон термодинамики:
Цикл Карно четко демонстрирует тот факт, что тепло поглощается от источника высокой температуры, называемого резервуаром, и тепло отводится в приемник. Этот факт стал основой для второго закона термодинамики. Однако для перемещения тепла в обратном направлении требуется внешняя работа.
Обратный цикл Карно
Цикл Карно является обратимым циклом, и он становится циклом Карно для холодильника, когда процесс обращается. Направление тепловых и рабочих взаимодействий полностью обращается, таким образом
Таким образом,
Тепло, поглощенное от резервуара с низкой температурой, равно Ql
Тепло, отведенное в резервуар с высокой температурой, равно Qh
Выполненная работа равна Wnet-in
Обратный цикл Карно такой же, как и обычный цикл Карно, за исключением направления процессов.
История цикла Карно
Цикл Карно назван в честь "Н. Л. Сади Карно", который изобрел его в 1824 году. Сади Карно считается основателем термодинамики за открытие связи между теплом и работой. Карно был одним из первых, кто осознал, что тепло по сути является работой в другой форме.
Заявление: Уважайте авторские права, хорошие статьи стоит делиться, если есть нарушение авторских прав,
