Chu kỳ Carnot là chu kỳ nhiệt động lực học được biết đến với hiệu suất tối ưu nhất. Chu kỳ Carnot biến đổi năng lượng có sẵn dưới dạng nhiệt để tạo ra các quá trình thuận nghịch-điều hòa (đồng nhất) và các quá trình khác.
Hiệu suất của động cơ Carnot là một trừ đi tỷ lệ giữa nhiệt độ của nguồn nhiệt nóng và nhiệt độ của nguồn nhiệt lạnh. Chu kỳ Carnot được biết đến với việc đặt chuẩn hiệu suất cao nhất mà bất kỳ chu kỳ hoặc động cơ nào có thể đạt được.
Công được thực hiện bởi chất làm việc trong phần đầu của chu kỳ và công được thực hiện lên chất làm việc trong phần thứ hai của chu kỳ. Sự khác biệt giữa hai phần này là công tịnh.
Hiệu suất của chu kỳ có thể được tối đa hóa bằng cách sử dụng các quá trình yêu cầu ít công nhất và cung cấp nhiều nhất bằng cách sử dụng các quá trình thuận nghịch. Thực tế, các chu kỳ thuận nghịch không thể đạt được do sự không thể loại bỏ của tính không thuận nghịch liên quan đến mỗi quá trình.
Tủ lạnh và động cơ nhiệt hoạt động theo chu kỳ thuận nghịch được coi là mô hình so sánh cho các động cơ nhiệt và tủ lạnh thực tế. Trong quá trình phát triển chu kỳ thực tế, chu kỳ thuận nghịch đóng vai trò là điểm bắt đầu và được điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu.
Chu kỳ Carnot bao gồm bốn quá trình thuận nghịch (2 quá trình thuận nghịch-điều hòa và 2 quá trình thuận nghịch-điều hòa adiabatic) như sau:
Chu kỳ Carnot được minh họa dưới đây thông qua ví dụ về piston:
BƯỚC 1 – 2
(Mở rộng đẳng nhiệt thuận nghịch, Th = Hằng số)
TH là nhiệt độ ban đầu của khí và cũng là nhiệt độ của nguồn nhiệt, tiếp xúc chặt chẽ với đầu xy-lanh.
Nhiệt độ của khí giảm khi khí mở rộng và giữ nhiệt độ không đổi bằng cách chuyển nhiệt vô cùng nhỏ (dT) từ nguồn nhiệt sang khí.
Lượng nhiệt chuyển trong quá trình đến khí là Qh
BƯỚC 2 – 3
(Mở rộng adiabatic thuận nghịch, nhiệt độ giảm từ TH đến TL)
Hệ thống trở thành adiabatic khi nguồn nhiệt được thay thế bằng vật liệu cách nhiệt. Trong quá trình này, nhiệt độ khí giảm từ Th xuống Tl.
Quá trình này được gọi là thuận nghịch cũng như adiabatic (lưu ý rằng công nghệ nhiệt động lực học có định nghĩa cụ thể cho hệ thống và quá trình).
BƯỚC 3 – 4
(Nén đẳng nhiệt thuận nghịch, Tl = hằng số)
Ở giai đoạn 3, nguồn nhiệt lạnh thay thế cho vật liệu cách nhiệt ở nhiệt độ Tl. Khi lực bên ngoài đẩy piston vào để làm công trên khí, thì nhiệt độ của khí tăng lên.
Nhưng nhiệt độ của khí được duy trì không đổi bằng cách từ chối nhiệt cho nguồn lạnh. Lượng nhiệt từ chối trong quá trình này là Ql.
BƯỚC 4 – 1
(Nén adiabatic thuận nghịch, nhiệt độ tăng từ Tl đến Th)
Nguyên liệu cách nhiệt được thay thế bằng nguồn lạnh và nhiệt độ khí tăng từ Tl đến Th trong quá trình nén.
Công được thực hiện bởi khí trong quá trình mở rộng là diện tích dưới đường cong 1-2-3.
Công được thực hiện lên khí trong quá trình nén là diện tích dưới đường cong 3-4-1
Vì vậy, công tịnh được biểu diễn bằng diện tích dưới đường 1-2-3-4-1.
Hiệu suất động cơ nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ tối đa và tối thiểu của chu kỳ:
Carnot tuyên bố rằng hiệu suất của động cơ nhiệt không phụ thuộc vào loại chất lỏng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ tối đa và tối thiểu trong chu kỳ.
Do đó, hiệu suất của động cơ nhiệt cao hơn khi hoạt động ở nhiệt độ hơi nước siêu nóng.
Chu kỳ Carnot và Định luật II của nhiệt động lực học:
Chu kỳ Carnot đã chứng minh rõ ràng rằng nhiệt được hấp thụ từ nguồn nhiệt có nhiệt độ cao gọi là nguồn nhiệt và nhiệt được từ chối đến nguồn lạnh. Sự kiện này trở thành cơ sở cho định luật II của nhiệt động lực học. Tuy nhiên, cần có công bên ngoài để di chuyển nhiệt theo hướng ngược lại.
Chu kỳ Carnot là chu kỳ thuận nghịch, và nó trở thành chu kỳ lạnh Carnot khi quá trình bị đảo ngược. Hướng của sự tương tác nhiệt và công hoàn toàn bị đảo ngược, vì vậy
Vì vậy,
Nhiệt hấp thụ từ nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp là Ql
Nhiệt từ chối đến nguồn nhiệt có nhiệt độ cao là Qh
Công thực hiện là Wnet-in
Chu kỳ Carnot đảo ngược giống như chu kỳ Carnot truyền thống ngoại trừ hướng của các quá trình.
Chu kỳ Carnot được đặt tên theo "N. L. Sadi Carnot" người đã phát minh ra nó vào năm 1824. Sadi Carnot được coi là người sáng lập nhiệt động lực học vì đã khám phá mối quan hệ giữa nhiệt và công. Carnot là một trong những người đầu tiên nhận ra rằng nhiệt thực chất là công dưới một dạng khác.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
