Carnotov ciklus i obrnuti Carnotov ciklus

Carnot ciklus

Carnot ciklus je termodinamički ciklus poznat po najboljoj mogućoj efikasnosti. Carnot ciklus menja dostupnu energiju u obliku toplote kako bi proizveo korisne reversibilno-adijabatske (izotropske) i druge procese.

Efikasnost Carnot motora je jedan minus odnos temperature tople termalne rezervore na temperaturu hladnog rezervora. Carnot ciklus je poznat po postavljanju najvišeg standarda efikasnosti koji bilo koji ciklus ili motor može dostići.

Rad se vrši radnim tečnošćima tokom prvog dela ciklusa, a rad se vrši na radnim tečnošćima tokom drugog dela ciklusa. Razlika između ova dva je neto izvršen rad.

Efikasnost ciklusa može biti maksimizirana korišćenjem procesa koji zahtevaju najmanje rada i dostavljaju najviše korišćenjem reversibilnih procesa. Praktično gledano, reversibilni ciklusi ne mogu biti ostvareni zbog ireverzibilnosti povezane sa svakim procesom koja se ne može eliminisati.

Hladnjaci i toplotni motori koji rade na reversibilnim ciklusima smatraju se modelima za upoređivanje stvarnih toplotnih motora i hladnjaka. U razvoju stvarnog ciklusa, reversibilni ciklus služi kao početna tačka i modifikuje se kako bi ispunio zahteve.

Carnot ciklus sastoji se od četiri reversibilna procesa (2 nos. reversibilno-izotermna i 2 nos. reversibilno-adijabatska procesa) kako sledi:

Carnot ciklus je prikazan ispod kroz relevantan primer pistona:
KORAK 1 – 2
(Reversibilna izoterma ekspanzija, Th = Konstanta)

TH je početna temperatura gasa, kao i temperatura rezervora, u bliskom kontaktu sa glavom cilindra.

Temperatura gasa pada kada se gas širi, a ista se održava konstantnom prenosom beskonačno male količine toplote (dT) iz rezervora u gas.
Količina toplote prenesena tokom procesa gasu je Qh

KORAK 2 – 3
(Reversibilna adijabatska ekspanzija, spust temperature od TH do TL)

Sistem postaje adijabatski kada se toplinski rezervor zameni izolacijom. Tokom ovog procesa, temperatura gasa pada na Tl sa Th.

Ovaj proces se naziva reversibilan i adijabatski (napomena da inženjerska termodinamika ima specifičnu definiciju za sisteme i procese).

KORAK 3 – 4
(Reversibilna izoterma kompresija, Tl = konstanta)

Na etapi 3, toplinski sink zameni izolaciju na glavi cilindra na temperaturi Tl. Kada vanjska sila pritisne na piston unutra radi rada na gasu, temperatura gasa se povećava.

Ali temperatura gasa se održava konstantnom odbacivanjem toplote u sink. Količina toplote odbačena tokom procesa je Ql.
KORAK 4 – 1
(Reversibilna adijabatska kompresija, porast temperature od Tl do Th)

Energetska sink se zamenjuje izolacijom, a temperatura gasa se povećava od Tl do Th tokom procesa kompresije.

Neto izvršeni rad

Rad izvršen od strane gasa tokom procesa ekspanzije predstavlja površinu ispod krive 1-2-3.
Rad izvršen na gasu tokom procesa kompresije predstavlja površinu ispod krive 3-4-1

Dakle, neto izvršeni rad predstavlja površinu ispod puta 1-2-3-4-1.

Značaj Carnot ciklusa

Efikasnost toplotnog motora zavisi od maksimalne i minimalne temperature ciklusa:
Carnot tvrdi da efikasnost toplotnog motora ne zavisi od tipa tečnosti, već samo od maksimalne i minimalne temperature tokom ciklusa.

Dakle, efikasnost toplotnog motora je veća kada radi na visokoj temperaturi superzagrejenog para.
Carnot ciklus i drugi zakon termodinamike:

Carnot ciklus jasno pokazuje činjenicu da se toplota apsorbira iz visokotemperaturnog izvora, tzv. rezervora, a toplota se odbacuje u sink. Ova činjenica postaje osnova za drugi zakon termodinamike. Međutim, za prebacivanje toplote u suprotnom smeru potreban je vanjski rad.

Obrnuti Carnot ciklus

Carnot ciklus je reversibilan ciklus, a postaje Carnot ciklus hlađenja kada se proces obrne. Smer toplote i rada su potpuno obrnuti, dakle
Dakle,

• Toplota apsorbirana iz niskotemperaturnog rezervora je Ql

• Toplota odbačena u visokotemperaturni rezervor je Qh

• Izvršeni rad je Wnet-in

Obrnuti Carnot ciklus je isti kao i konvencionalni Carnot ciklus, osim smera procesa.

Istorija Carnot ciklusa

Carnot ciklus je nazvan po "N. L. Sadi Carnot"-u, koji ga je izumio 1824. godine. Sadi Carnot se smatra osnivačem termodinamike jer je otkrio odnos između toplote i rada. Carnot je bio jedan od prvih koji je shvatio da je toplota u suštini rad u drugom obliku.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vredni deljenja, ako postoji kršenje autorskih prava molimo da obrisete.