Carnotov cikel je termodinamični cikel, ki je znan po najboljši možni učinkovitosti. Carnotov cikel spremeni energijo, dostopno v obliki toplote, za proizvodnjo uporabnih obrnljivih adiabatskih (izotropskih) in drugih procesov.
Učinkovitost Carnotovega motorja je ena minus razmerje temperature toplega toplinskega skladišča na temperaturo hladnega skladišča. Carnotov cikel je znan po postavljanju najvišjega standarda učinkovitosti, ki ga lahko doseže katerikoli cikel ali motor.
Delo opravi delovna tekočina med prvim delom cikla, medtem ko se delo opravi na delovni tekočini med drugim delom cikla. Razlika med obeh je neto opravljeno delo.
Učinkovitost cikla se lahko maksimizira z uporabo procesov, ki zahtevajo najmanjše množice dela in dajejo največ s pomočjo obrnljivih procesov. V praksi obrnljivi cikli ne morejo biti doseženi zaradi nespremenljivosti, povezane z vsakim procesom, ki ji ni mogoče odstraniti.
Hladilniki in toplinski motorji, ki delujejo na obrnljivih ciklih, so smotrni modeli za primerjavo dejanskih toplinskih motorjev in hladilnikov. Pri razvoju dejanskega cikla služi obrnljivi cikel kot začetna točka in se modificira, da bi ustrezal zahtevam.
Carnotov cikel je sestavljen iz štirih obrnljivih procesov (2 števili obrnljivo-izoterma in 2 števili obrnljivo-adiabatski procesi), ki so naslednji:
Carnotov cikel je prikazan spodaj preko relevantnega primera stiskača:
KORAK 1 – 2
(Obrnljiva izoterma ekspanzija, Th = Konstanta)
TTemperatura plina pada, ko se plin razširi, in je vzdržana konstantna s prenosem neskončno majhnega količinka toplote (dT) iz skladišča v plin.
Količina toplote, prenesena med procesom v plin, je Qh
KORAK 2 – 3
(Obrnljiva adiabatska ekspanzija, temperatura pada od TH do TL)
Sistem postane adiabatski, ko je toplinsko skladišče zamenjano z utrdba. Med tem procesom temperatura plina pada na Tl iz Th.
Ta proces se imenuje tudi obrnljivi in adiabatski (opažite, da ima inženirska termodinamika specifično definicijo za sisteme in procese).
KORAK 3 – 4
(Obrnljiva izoterma kompresija, Tl = konstanta)
Na stopnji 3 je utrdba zamenjana z glavo cilindra na temperaturi Tl. Ko zunanja sila potisne šipun navznoter, da opravi delo na plin, temperatura plina se poviša.
Vendar je temperatura plina vzdržana konstantna s prenosem toplote v odpornik. Količina toplote, zavržena med procesom, je Ql.
KORAK 4 – 1
(Obrnljiva adiabatska kompresija, temperatura se poviša od Tl do Th)
Energijski odpornik je zamenjan z utrdbami in temperatura plina se poviša iz Tl na Th med procesom kompresije.
Delo, opravljeno z plinom med procesom ekspanzije, je površina pod krivuljo 1-2-3.
Delo, opravljeno na plinu med procesom kompresije, je površina pod krivuljo 3-4-1
Tako je neto opravljeno delo dano z površino pod potjo 1-2-3-4-1.
Učinkovitost toplinskog motorja je odvisna od najvišje in najnižje temperature cikla:
Carnot trdi, da je učinkovitost toplinskog motorja neodvisna od vrste tekočine in je odvisna samo od najvišje in najnižje temperature med ciklom.
Tako je učinkovitost toplinskog motorja višja, če operira na temperaturi superzagrejenega para.
Carnotov cikel in drugi zakon termodinamike:
Carnotov cikel jasno kaže, da se topla energia absorbira iz visokotemperaturenega vira, imenovanega skladišče, in se topla energia zavrže v odpornik. Ta dejstvo postane osnova za drugi zakon termodinamike. Vendar je za premikanje toplote v nasprotni smeri potrebno zunanje delo.
Carnotov cikel je obrnljiv cikel, ki postane Carnotov hladilni cikel, ko se proces obrne. Smer toplote in dela je popolnoma obrnjena, tako da
Tako,
Toplo energia, absorbirana iz nizkotemperaturenega skladišča, je Ql
Toplo energia, zavržena v visokotemperaturenemu skladišču, je Qh
Delo, opravljeno, je Wnet-in
Obrnjen Carnotov cikel je isti kot konvencionalni Carnotov cikel, razen glede smeri procesov.
Carnotov cikel je poimenovan po "N. L. Sadi Carnot", ki ga je izumil leta 1824. Sadi Carnot je bil imenovan za ustanovitelja termodinamike, ker je odkril odnos med toploto in delom. Carnot je bil eden prvih, ki je ugotovil, da je toplota bistveno delo v drugi obliki.
Izjava: Spoštujte original, dobre članke so vredni delitve, če gre za kršitev avtorskih pravic, se obvestite za brisanje.
