Wenn wir in Physik und Thermodynamik der Carnot-Zyklus Wir beziehen uns auf eine Abfolge von Prozessen, die in einer Carnot-Engine stattfinden. Es ist ein ideales Gerät, das nur aus wenigen reversiblen Prozessen besteht. Dies bedeutet, dass nach diesen Prozessen der Ausgangszustand wieder aufgenommen werden kann. Dieser Motortyp wird in der Physik als idealer Motor angesehen und wird verwendet, um den Rest der Motoren planen zu können.
In diesem Artikel erklären wir Ihnen alles, was Sie über den Carnot-Zyklus und seine Hauptmerkmale wissen müssen.
Schlüsselmerkmale
Wir sprechen davon, dass dieser Motortyp als idealer Motor angesehen wird. Dies ist so, da es aufgrund von Reibung mit dem Boden oder der Luft und keiner Art von Viskosität an der Verlustleistung mangelt. All diese Eigenschaften oder Unannehmlichkeiten treten seitdem bei jedem echten Motor auf Es ist unmöglich, Wärmeenergie zu 100% in nutzbare Arbeit umzuwandeln. Der Carnot-Heap kann jedoch alle diese Bedingungen simulieren, um besser arbeiten und Berechnungen einfacher durchführen zu können.
Wenn wir einen Motor kaufen, tun wir dies ausgehend von einer Substanz, die arbeitsfähig ist. Beispielsweise werden hauptsächlich Gas, Benzin oder Dampf verwendet. Wenn diese arbeitsfähigen Substanzen verschiedenen Temperatur- und Druckänderungen ausgesetzt sind, erzeugen einige Variationen in ihrem Volumen. Auf diese Weise kann ein Kolben innerhalb eines Zylinders bewegt werden, um den Motor zu haben.
Was ist der Carnot-Zyklus?
Dieser Zyklus findet in einem System statt, das als Carnot-Motor bezeichnet wird. In diesem Motor befindet sich ein ideales Gas, das in einem Zylinder eingeschlossen und mit einem Kolben versehen ist. Der Kolben steht in Kontakt mit verschiedenen Quellen, die unterschiedliche Temperaturen haben. In diesem System gibt es einige Prozesse, die wir in den folgenden Schritten sehen können:
- Dem Gerät wird eine bestimmte Wärmemenge zugeführt. Diese Wärmemenge stammt aus dem Hochtemperatur-Wärmespeicher.
- Der Motor führt dank dieser zugeführten Wärme Arbeiten aus
- Ein Teil der Wärme wird genutzt und ein Teil verschwendet. Der Abfall wird in den Thermotank überführt, der eine niedrigere Temperatur hat.
Sobald wir alle Prozesse gesehen haben, werden wir sehen, wie die Phasen des Carnot-Zyklus sind. Die Analyse dieser Prozesse erfolgt anhand eines Diagramms, in dem Druck und Volumen gemessen werden. Der Zweck des Motors kann entweder darin bestehen, den Tank Nummer zwei durch Entnahme von Wärme kühl zu halten. In diesem Fall handelt es sich um eine Kühlmaschine. Wenn im Gegenteil das Ziel darin besteht, Wärme Nummer eins an den Wärmespeicher zu übertragen, dann handelt es sich um eine Wärmepumpe.
Wenn wir ein Druck- und Volumendiagramm analysieren, sehen wir, dass Änderungen des Drucks und der Temperatur des Motors unter bestimmten Bedingungen angezeigt werden, die die folgenden sind:
- Solange die Temperatur konstant gehalten wird. Hier geht es um einen isothermen Prozess.
- Keine Wärmeübertragung. Hier haben wir Wärmedämmung.
Isotherme Prozesse müssen miteinander verbunden werden und dies wird durch Wärmedämmung erreicht.
Stufen des Carnot-Zyklus
Am Ausgangspunkt können wir mit jedem Teil des Zyklus beginnen, in dem das Gas bestimmte Druck-, Volumen- und Temperaturbedingungen aufweist. Dies und Gas werden einer Reihe von Prozessen unterzogen, die dazu führen, dass es zu den Ausgangsbedingungen zurückkehrt. Nachdem das Gas zu seinen ursprünglichen Bedingungen zurückgekehrt war, war es in einwandfreiem Zustand, um einen weiteren Zyklus zu starten. Diese Bedingungen sind gegeben, solange die innere Energie am Ende der inneren Energie am Anfang entspricht. Dies bedeutet, dass Energie gespart wird. Wir wissen bereits, dass Energie weder erzeugt noch zerstört, sondern nur umgewandelt wird.
Die erste Stufe des Carnot-Zyklus basiert auf einer isothermen Expansion. In dieser Phase nimmt das System Wärme aus dem Wärmespeicher 1 auf und erfährt eine isotherme Expansion. Daher nimmt das Volumen des Gases zu und der Druck ab. Die Temperatur bleibt jedoch stabil, da das Gas beim Ausdehnen abkühlt. Daher wissen wir, dass seine innere Energie über die Zeit konstant bleibt.
In der zweiten Stufe haben wir eine adiabatische Expansion. Adiabatisch bedeutet, dass das System keine Wärme gewinnt oder verliert. Dies wird erreicht, indem das Gas wie oben angegeben in eine Wärmeisolierung gegeben wird. Daher nimmt bei einer adiabatischen Expansion das Volumen zu und der Druck ab, bis er seinen niedrigsten Wert erreicht.
Im In der dritten Stufe haben wir eine isotherme Kompression. Hier entfernen wir die Isolierung und das System kommt mit dem Thermotank Nummer 2 in Kontakt, der eine niedrigere Temperatur hat. Aus diesem Grund ist das System für die Übertragung der nicht verwendeten Abwärme auf diesen Wärmespeicher verantwortlich. Wenn die Wärme freigesetzt wird, beginnt der Druck zuzunehmen und das Volumen abzunehmen.
Schließlich haben wir in der letzten Phase des Carnot-Zyklus eineadiabatische Kompression. Hier kehren wir zu einer Stufe der Wärmedämmung durch das System zurück. Der Druck erhöht sich, das Volumen nimmt ab, bis die Anfangsbedingungen wieder erreicht sind. Daher kann der Zyklus erneut gestartet werden.
Einschränkungen
Wie bereits erwähnt, ist der Motor des Carnot idealisiert. Dies bedeutet, dass es seitdem seine Grenzen hat Echte Motoren haben diesen 100% Wirkungsgrad nicht. Wir wissen, dass zwei Carnot-Maschinen den gleichen Wirkungsgrad haben, wenn beide mit den gleichen Wärmespeichern arbeiten. Diese Aussage bedeutet, dass es mir wichtig ist, welche Substanz wir verwenden, da die Leistung völlig unabhängig ist und nicht erhöht werden kann.
Die Schlussfolgerung, die wir aus der vorherigen Analyse ziehen, ist, dass der Carnot-Zyklus die Spitze des thermodynamischen Prozesses ist, der idealerweise erreicht werden kann. Das heißt, darüber hinaus wird es keinen Motor mit größerem Wirkungsgrad geben. Wir wissen, dass die Wärmedämmung niemals perfekt ist und es keine adiabatischen Stufen gibt, da ein Wärmeaustausch mit der Außenseite stattfindet.
Im Falle eines Autos erwärmt sich der Motorblock und andererseits verhält sich das Gemisch aus Benzin und Luft nicht genau, Sie kommunizieren ideal. Ganz zu schweigen von einigen Faktoren, die eine drastische Leistungsminderung verursachen.
Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über den Carnot-Zyklus und seine Eigenschaften erfahren können.