カルノーサイクル

制限事項

私たちが物理学と熱力学で話すとき カルノーサイクル カルノーエンジンで行われる一連のプロセスを指します。 これは、いくつかのリバーシブルタイプのプロセスのみで構成される理想的なデバイスです。 これは、これらのプロセスが実行されると、初期状態を再開できることを意味します。 このタイプのモーターは、物理学では理想的なモーターと見なされており、残りのモーターを計画できるようにするために使用されます。

この記事では、カルノーサイクルとその主な特徴について知っておく必要のあるすべてのことを説明します。

主要な機能

カルノーサイクルステージ

このタイプのエンジンは理想的なエンジンと見なされていると言っています。 これは、地面や空気との摩擦によるエネルギーの散逸がなく、粘度の種類がないためです。 これらすべての特性または欠点は、実際のエンジンで発生します。 熱エネルギーを100%使用可能な仕事に変換することは不可能です。 ただし、Carnotヒープは、これらすべての条件をシミュレートして、より適切に機能し、より簡単な方法で計算を行うことができます。

エンジンを買うときは、仕事ができる物質から始めます。 たとえば、使用される主な物質は、ガス、ガソリン、または蒸気です。 仕事をすることができるこれらの物質が温度と圧力の両方のさまざまな変化にさらされるとき、 それらはボリュームにいくつかのバリエーションを生成します。 このようにして、ピストンをシリンダー内で動かしてモーターを動かすことができます。

カルノーサイクルとは何ですか?

カルノーサイクル

このサイクルは、カルノーエンジンと呼ばれるシステム内で発生します。 このエンジンには、シリンダーに封入され、ピストンを備えた理想的なガスがあります。 ピストンは、さまざまな温度のさまざまなソースと接触しています。 このシステムには、次の手順で要約できるいくつかのプロセスがあります。

  • 一定量の熱がデバイスに供給されます。 この量の熱は、高温の蓄熱器から発生します。
  • モーターは供給されるこの熱のおかげで仕事をします
  • 熱の一部は使用され、一部は無駄になります。 廃棄物は、より低温のサーマルタンクに移されます。

すべてのプロセスを確認したら、カルノーサイクルの段階を確認します。 これらのプロセスの分析は、圧力と体積が測定された図を使用して実行されます。 エンジンの目的は、タンクXNUMXから熱を抽出することにより、タンクXNUMXを低温に保つことです。 この場合、冷却機について説明します。 それどころか、目的が熱を蓄熱器に一番に伝達することである場合、私たちはヒートポンプについて話している。

圧力と体積の図を分析すると、エンジンの圧力と温度の変化が次の特定の条件下で示されていることがわかります。

  • 温度が一定に保たれている限り。 ここでは、等温プロセスについて話します。
  • 熱伝達なし。 ここに断熱材があります。

等温プロセスは相互に接続する必要があり、これは断熱のおかげで達成されます。

カルノーサイクルの段階

圧力と体積の変化

開始点では、ガスが圧力、体積、温度の特定の条件を持っているサイクルの任意の部分から開始できます。 これとガスは一連のプロセスを経て、開始状態に戻ります。 ガスが初期状態に戻ると、次のサイクルを開始するのに最適な状態になりました。 これらの条件は、最後の内部エネルギーが最初の内部エネルギーと同じである限り与えられます。 これは、エネルギーが節約されることを意味します。 エネルギーは生成も破壊もされておらず、変換されるだけであることはすでに知っています。

カルノーサイクルの最初の段階は、等温膨張に基づいています。 この段階で、システムは蓄熱器1から熱を吸収し、等温膨張を起こします。 したがって、ガスの量が増加し、圧力が低下します。 ただし、ガスが膨張すると冷却されるため、温度は安定しています。 したがって、その内部エネルギーは時間の経過とともに一定のままであることがわかります。

第XNUMX段階では、 断熱膨張。 断熱とは、システムが熱を獲得または喪失しないことを意味します。 これは、上記のようにガスを断熱材に入れることによって達成されます。 したがって、断熱膨張では、体積が増加し、圧力が最小値に達するまで減少します。

第XNUMX段階では、等温圧縮が行われます。 ここで断熱材を取り除き、システムはより低い温度になるサーマルタンク番号2と接触します。 したがって、システムは、使用されていない廃熱をこのサーマルタンクに転送する責任があります。 熱が放出されると、圧力が上昇し始め、体積が減少します。

最後に、カルノーサイクルの最終段階では、断熱圧縮。 ここで、システムによる断熱の段階に戻ります。 圧力が増加すると、再び初期状態に達するまで体積が減少します。 したがって、サイクルを再開する準備ができています。

制限事項

前に述べたように、カルノーのエンジンは理想化されています。 これは、それ以降に制限があることを意味します 実際のモーターには、100%の効率はありません。 XNUMX台のCarnotマシンが同じ蓄熱器で動作する場合、それらの効率は同じであることがわかっています。 このステートメントは、パフォーマンスが完全に独立しており、上げることができないため、使用する物質を気にすることを意味します。

以前の分析から導き出した結論は、カルノーサイクルが理想的に到達できる熱力学的プロセスの最上位であるということです。 言い換えれば、それを超えて、より効率の良いエンジンはありません。 外部との熱交換があるため、断熱が完全ではなく、断熱段階が存在しないことを私たちは知っています。

車の場合、エンジンブロックが熱くなりますが、ガソリンと空気の混合は正確に動作しません。理想的に通信します。 いくつかの要因は言うまでもありません パフォーマンスが大幅に低下します。

この情報を使用して、カルノーサイクルとその特性について詳しく知ることができれば幸いです。


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