Ketika kita berbicara dalam fisika dan termodinamika Siklus carnot kami mengacu pada urutan proses yang terjadi di mesin Carnot. Ini adalah perangkat ideal yang hanya terdiri dari beberapa proses tipe reversibel. Ini berarti bahwa setelah proses ini berlangsung, status awal dapat dilanjutkan. Jenis motor ini dianggap dalam fisika sebagai motor ideal dan digunakan untuk merancang motor lainnya.
Pada artikel ini kami akan memberi tahu Anda semua yang perlu Anda ketahui tentang siklus Carnot dan karakteristik utamanya.
Fitur utama
Kita berbicara bahwa jenis mesin ini dianggap sebagai mesin yang ideal. Hal ini terjadi karena ia kekurangan disipasi energi, akibat gesekan dengan tanah atau udara dan segala jenis viskositas. Semua karakteristik atau kerugian ini muncul di mesin nyata mana pun, sejak itu tidak mungkin untuk mengubah energi panas menjadi pekerjaan yang dapat digunakan sebesar 100%. Namun, Carnot heap dapat mensimulasikan semua kondisi tersebut agar dapat bekerja lebih baik dan melakukan perhitungan dengan cara yang lebih sederhana.
Ketika kita membeli mesin, kita melakukannya dimulai dari zat yang mampu melakukan pekerjaan. Misalnya bahan utama yang digunakan adalah gas, bensin atau uap. Ketika zat yang mampu melakukan pekerjaan ini mengalami berbagai perubahan suhu dan tekanan, menghasilkan beberapa variasi dalam volumenya. Dengan cara ini, piston dapat digerakkan di dalam silinder untuk memiliki motor.
Apa siklus Carnot?
Siklus ini terjadi di dalam sistem yang disebut mesin Carnot. Pada mesin ini terdapat gas ideal yang dimasukkan ke dalam silinder dan dilengkapi dengan piston. Piston bersentuhan dengan berbagai sumber yang berada pada temperatur berbeda. Dalam sistem ini terdapat beberapa proses yang dapat kami rangkum dalam langkah-langkah berikut:
- Sejumlah panas disuplai ke perangkat. Jumlah panas ini berasal dari reservoir termal suhu tinggi.
- Motor melakukan pekerjaan berkat panas yang akan disuplai ini
- Sebagian panas digunakan dan sebagian lagi terbuang. Limbah dipindahkan ke tangki termal yang bersuhu lebih rendah.
Setelah kita melihat semua prosesnya, kita akan melihat apa tahapan siklus Carnot. Analisis proses ini dilakukan dengan menggunakan diagram di mana tekanan dan volume diukur. Tujuan mesin bisa untuk menjaga tangki nomor dua tetap dingin dengan mengeluarkan panas darinya. Dalam hal ini kita akan berbicara tentang mesin pendingin. Sebaliknya, jika tujuannya adalah untuk mentransfer panas ke reservoir termal nomor satu, maka kita berbicara tentang pompa panas.
Jika kita menganalisis diagram tekanan dan volume, kita melihat bahwa perubahan tekanan dan suhu mesin ditunjukkan dalam kondisi tertentu sebagai berikut:
- Selama suhu tetap konstan. Di sini kita berbicara tentang proses isotermal.
- Tidak ada perpindahan panas. Di sinilah kita memiliki insulasi termal.
Proses isotermal perlu dihubungkan satu sama lain dan ini dicapai berkat insulasi termal.
Tahapan siklus Carnot
Pada titik awal kita dapat memulai dengan bagian mana pun dari siklus di mana gas memiliki kondisi tekanan, volume, dan suhu tertentu. Ini dan gas akan menjalani serangkaian proses yang akan membawanya kembali ke kondisi awal. Setelah gas kembali ke kondisi awal, kondisi sempurna untuk memulai siklus lain. Kondisi ini diberikan asalkan energi dalam di ujung sama dengan energi internal di awal. Ini berarti energi itu kekal. Kita telah mengetahui bahwa energi tidak diciptakan atau dihancurkan, tetapi hanya diubah.
Tahap pertama dari siklus Carnot didasarkan pada pemuaian isotermal. Pada tahap ini, sistem menyerap panas dari tangki termal 1 dan mengalami pemuaian isotermal. Karenanya, volume gas meningkat dan tekanan berkurang. Namun, suhu tetap stabil karena saat gas mengembang, ia menjadi dingin. Oleh karena itu, kita tahu bahwa energi internalnya tetap konstan sepanjang waktu.
Pada tahap kedua kami memiliki file ekspansi adiabatik. Adiabatic berarti sistem tidak mendapatkan atau kehilangan panas. Ini dicapai dengan menempatkan gas dalam insulasi panas seperti yang ditunjukkan di atas. Oleh karena itu, dalam pemuaian adiabatik volume meningkat dan tekanan berkurang hingga mencapai nilai terendahnya.
Dalam tahap ketiga kami memiliki kompresi isotermal. Di sini kami melepaskan isolasi dan sistem bersentuhan dengan tangki termal nomor 2, yang akan berada pada suhu yang lebih rendah. Oleh karena itu, sistem bertanggung jawab untuk mentransfer panas limbah yang belum digunakan ke tangki termal ini. Saat panas dilepaskan, tekanan mulai meningkat dan volume menurun.
Akhirnya, pada tahap terakhir siklus Carnot kita memiliki akompresi adiabatik. Di sini kita kembali ke tahap isolasi termal oleh sistem. Tekanan meningkat volume menurun hingga mencapai kondisi awal kembali. Oleh karena itu, siklus siap untuk dimulai kembali.
Keterbatasan
Seperti yang disebutkan sebelumnya, mesin Carnot sangat ideal. Ini berarti sejak itu memiliki keterbatasan motor asli tidak memiliki efisiensi 100% itu. Kita tahu bahwa dua mesin Carnot memiliki efisiensi yang sama jika keduanya beroperasi dengan reservoir termal yang sama. Pernyataan ini berarti saya peduli zat apa yang kita gunakan, karena kinerjanya akan sepenuhnya independen dan tidak dapat dinaikkan.
Kesimpulan yang kami tarik dari analisis sebelumnya adalah bahwa siklus Carnot merupakan puncak dari proses termodinamika yang idealnya dapat dicapai. Dengan kata lain, di luar itu, tidak akan ada mesin dengan efisiensi lebih besar. Kita tahu bahwa fakta isolasi termal tidak pernah sempurna dan tahapan adiabatik tidak ada, karena terjadi pertukaran panas dengan bagian luar.
Dalam kasus mobil, blok mesin memanas dan di sisi lain, campuran bensin dan udara tidak berperilaku sama, Anda berkomunikasi secara ideal. Belum lagi beberapa faktor itu menyebabkan penurunan kinerja yang drastis.
Saya berharap dengan informasi ini Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang siklus Carnot dan karakteristiknya.