چرخه کاروت

محدودیت ها

وقتی ما در فیزیک و ترمودینامیک صحبت می کنیم چرخه کاروت ما به دنباله ای از فرایندهایی که در یک موتور کارنو اتفاق می افتد اشاره می کنیم. این وسیله ایده آل است که فقط از چند فرآیند برگشت پذیر تشکیل شده است. این بدان معناست که پس از انجام این فرایندها ، می توان حالت اولیه را از سر گرفت. این نوع موتور در فیزیک به عنوان یک موتور ایده آل در نظر گرفته می شود و برای توانایی برنامه ریزی بقیه موتورها مورد استفاده قرار می گیرد.

در این مقاله قصد داریم هر آنچه در مورد چرخه کارنو و خصوصیات اصلی آن می دانید را برای شما بیان کنیم.

ویژگی های کلیدی

مرحله چرخه کارنو

صحبت ما این است که این نوع موتورها به عنوان یک موتور ایده آل در نظر گرفته می شوند. این امر از آنجا رخ می دهد که به دلیل اصطکاک با زمین یا هوا و هیچ نوع ویسکوزیته ، اتلاف انرژی ندارد. از آنجا که همه این خصوصیات یا معایب در هر موتور واقعی بوجود می آیند تبدیل انرژی گرمایی به کار قابل استفاده 100٪ غیرممکن است. با این حال ، انبوه کارنو می تواند تمام این شرایط را شبیه سازی کند تا بتواند بهتر کار کند و محاسبات را به روش ساده تری انجام دهد.

هنگام خرید موتور ، این کار را از ماده ای شروع می کنیم که توانایی کار کردن را دارد. به عنوان مثال ، مواد اصلی مورد استفاده گاز ، بنزین یا بخار است. هنگامی که این موادی که توانایی انجام کار را دارند تحت تغییرات مختلف دما و فشار قرار بگیرند ، آنها برخی از تغییرات را در حجم خود ایجاد می کنند. به این ترتیب می توان پیستونی را درون سیلندر حرکت داد تا موتور داشته باشد.

چرخه کارنو چیست؟

چرخه گوشت

این چرخه درون سیستمی به نام موتور کارنو رخ می دهد. در این موتور یک گاز ایده آل وجود دارد که در یک سیلندر محصور شده و با یک پیستون ارائه می شود. پیستون با منابع مختلفی که در دماهای مختلف هستند در تماس است. در این سیستم فرایندهایی وجود دارد که می توانیم آنها را در مراحل زیر مشاهده کنیم:

  • مقدار مشخصی از گرما به دستگاه عرضه می شود. این مقدار گرما از مخزن حرارتی با درجه حرارت بالا حاصل می شود.
  • موتور به لطف این گرمای تأمین شده کار خود را انجام می دهد
  • مقداری از گرما استفاده می شود و مقداری نیز هدر می رود. زباله ها به مخزن حرارتی که در دمای پایین تری است منتقل می شوند.

وقتی همه مراحل را دیدیم ، می خواهیم ببینیم که مراحل چرخه کارنو چیست؟ تجزیه و تحلیل این فرایندها با استفاده از دیاگرام انجام می شود که در آن فشار و حجم اندازه گیری می شود. هدف موتور می تواند خنک نگه داشتن مخزن شماره دو با استخراج گرما از آن باشد. در این صورت ما در مورد یک ماشین خنک کننده صحبت خواهیم کرد. اگر برعکس ، هدف انتقال گرما به مخزن حرارتی شماره یک است ، در حال حاضر ما در مورد یک پمپ حرارتی صحبت می کنیم.

اگر یک نمودار فشار و حجم را تجزیه و تحلیل کنیم ، می بینیم که تغییرات فشار و دمای موتور تحت شرایط خاصی نشان داده می شود که به شرح زیر است:

  • به شرطی که دما ثابت بماند. در اینجا ما در مورد یک فرآیند همدما صحبت می کنیم.
  • بدون انتقال گرما. اینجاست که ما عایق حرارتی داریم.

فرآیندهای ایزوترمال باید به یکدیگر متصل شوند و این به لطف عایق بندی حرارتی حاصل می شود.

مراحل چرخه کارنو

فشار و تغییر حجم

در نقطه شروع می توانیم با هر بخشی از چرخه که در آن گاز دارای شرایط خاص فشار ، حجم و دما است ، شروع کنیم. این گاز یک سری فرایندها را طی می کند که منجر به بازگشت به شرایط اولیه می شود. هنگامی که گاز به شرایط اولیه خود بازگشت ، برای شروع یک چرخه دیگر در شرایط عالی بود. این شرایط تا زمانی ارائه می شود که انرژی داخلی در پایان همان انرژی داخلی در آغاز باشد. این بدان معنی است که انرژی صرفه جویی می شود. ما قبلاً می دانیم که انرژی نه ایجاد می شود و نه از بین می رود ، بلکه فقط تغییر شکل می یابد.

اولین مرحله از چرخه کارنو بر اساس انبساط همدما است. در این مرحله سیستم گرما را از مخزن حرارتی 1 جذب کرده و تحت انبساط همدما قرار می گیرد. از این رو ، حجم گاز افزایش یافته و فشار کاهش می یابد. با این وجود ، از زمان خنک شدن گاز ، دما ثابت می ماند. بنابراین ، می دانیم که انرژی درونی آن با گذشت زمان ثابت می ماند.

در مرحله دوم ما یک گسترش آدیاباتیک آدیاباتیک به این معنی است که سیستم گرما را از دست نمی دهد یا از دست نمی دهد. این امر با قرار دادن گاز در عایق حرارتی همانطور که در بالا نشان داده شد ، حاصل می شود. بنابراین ، در یک انبساط آدیاباتیک ، حجم افزایش می یابد و فشار کاهش می یابد تا زمانی که به کمترین مقدار برسد.

در مرحله سوم ما یک فشرده سازی همدما داریم. در اینجا عایق را برمی داریم و سیستم با مخزن حرارتی شماره 2 تماس می گیرد ، که در دمای پایین تری خواهد بود. بنابراین ، سیستم وظیفه انتقال گرمای ضایعاتی را دارد که به این مخزن حرارتی استفاده نشده است. با آزاد شدن گرما ، فشار شروع به افزایش و کاهش حجم می کند.

سرانجام ، در آخرین مرحله از چرخه کارنو ما یکفشرده سازی آدیاباتیک در اینجا ما به مرحله ای از عایق حرارتی توسط سیستم برمی گردیم. فشار باعث افزایش حجم می شود تا اینکه دوباره به شرایط اولیه برسد. بنابراین ، چرخه آماده شروع مجدد است.

محدودیت ها

همانطور که قبلاً ذکر شد ، موتور کارنو ایده آل است. این بدان معناست که از آن زمان محدودیت های خود را دارد موتورهای واقعی آن 100٪ کارایی ندارند. ما می دانیم که دو دستگاه کارنو اگر هر دو با مخازن حرارتی یکسان کار کنند ، بازده یکسانی دارند. این عبارت به این معنی است که من برایم مهم است که از چه ماده ای استفاده می کنیم ، زیرا عملکرد کاملاً مستقل خواهد بود و قابل ارتقا نیست.

نتیجه ای که از تحلیل قبلی گرفتیم این است که چرخه کارنو بالاترین فرایند ترمودینامیکی است که می توان به صورت ایده آل به آن رسید. یعنی فراتر از آن ، هیچ موتوری با کارایی بیشتر وجود نخواهد داشت. ما می دانیم که واقعیت عایق بندی حرارتی هرگز کامل نیست و مراحل آدیاباتیک وجود ندارد ، زیرا با خارج تبادل حرارت وجود دارد.

در مورد اتومبیل ، بلوک موتور گرم می شود و از طرف دیگر ، مخلوط بنزین و هوا دقیقاً رفتار نمی کند ، شما به طور ایده آل ارتباط برقرار می کنید. نه به ذکر برخی از عوامل است باعث کاهش شدید عملکرد می شود.

امیدوارم با این اطلاعات بتوانید در مورد چرخه کارنو و ویژگی های آن بیشتر بدانید.


محتوای مقاله به اصول ما پیوست اخلاق تحریریه. برای گزارش یک خطا کلیک کنید اینجا.

اولین کسی باشید که نظر

نظر خود را بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخشهای موردنیاز علامتگذاری شدهاند با *

*

*

  1. مسئول داده ها: میگل آنخل گاتون
  2. هدف از داده ها: کنترل هرزنامه ، مدیریت نظرات.
  3. مشروعیت: رضایت شما
  4. ارتباط داده ها: داده ها به اشخاص ثالث منتقل نمی شوند مگر با تعهد قانونی.
  5. ذخیره سازی داده ها: پایگاه داده به میزبانی شبکه های Occentus (EU)
  6. حقوق: در هر زمان می توانید اطلاعات خود را محدود ، بازیابی و حذف کنید.