우리가 물리학과 열역학에서 말할 때 카르노 사이클 우리는 Carnot 엔진에서 발생하는 일련의 프로세스를 말합니다. 가역적 유형의 공정 몇 개만으로 구성된 이상적인 장치입니다. 즉, 이러한 프로세스가 발생하면 초기 상태를 다시 시작할 수 있습니다. 이러한 유형의 모터는 물리학에서 이상적인 모터로 간주되며 나머지 모터를 계획하는 데 사용됩니다.
이 기사에서는 카르노 사이클과 그 주요 특징에 대해 알아야 할 모든 것을 알려줄 것입니다.
주요 기능
우리는 이러한 유형의 엔진이 이상적인 엔진으로 간주되고 있다고 이야기하고 있습니다. 이것은지면이나 공기와의 마찰로 인해 에너지 소산이 부족하고 점도의 유형이 없기 때문입니다. 이러한 모든 특성이나 단점은 실제 엔진에서 발생합니다. 열 에너지를 사용 가능한 작업으로 100 % 변환하는 것은 불가능합니다. 그러나 Carnot 힙은 이러한 모든 조건을 시뮬레이션하여 더 잘 작동하고 더 간단한 방법으로 계산할 수 있습니다.
엔진을 살 때 우리는 일을 할 수있는 물질에서 시작합니다. 예를 들어 사용되는 주요 물질은 가스, 가솔린 또는 증기입니다. 일을 할 수있는 이러한 물질이 온도와 압력 모두에서 다양한 변화를 겪을 때, 볼륨에 약간의 변화를 일으 킵니다. 이러한 방식으로 피스톤을 실린더 내에서 움직여 모터를 가질 수 있습니다.
카르노 사이클은 무엇입니까?
이 사이클은 Carnot 엔진이라는 시스템 내에서 발생합니다. 이 엔진에는 실린더에 싸여 있고 피스톤과 함께 제공되는 이상 기체가 있습니다. 피스톤은 온도가 다른 다양한 소스와 접촉합니다. 이 시스템에는 다음 단계에서 볼 수있는 몇 가지 프로세스가 있습니다.
- 일정량의 열이 장치에 공급됩니다. 이 열량은 고온 열 저장소에서 발생합니다.
- 모터는 공급되는 열 덕분에 작업을 수행합니다.
- 일부 열은 사용되고 일부는 낭비됩니다. 폐기물은 더 낮은 온도의 열 탱크로 옮겨집니다.
모든 과정을 살펴보면 카르노주기의 단계가 무엇인지 살펴볼 것입니다. 이러한 프로세스의 분석은 압력과 부피가 측정되는 다이어그램을 사용하여 수행됩니다. 엔진의 목적은 XNUMX 번 탱크에서 열을 추출하여 냉각 상태를 유지하는 것입니다. 이 경우 우리는 냉각기에 대해 이야기 할 것입니다. 반대로 열을 열 저장소에 넘버원으로 전달하는 것이 목적이라면 열 펌프에 대해 이야기하고 있습니다.
압력 및 체적 다이어그램을 분석하면 다음과 같은 특정 조건에서 엔진의 압력 및 온도 변화가 표시된다는 것을 알 수 있습니다.
- 온도가 일정하게 유지되는 한. 여기서 우리는 등온 과정에 대해 이야기하고 있습니다.
- 열전달 없음. 여기에 단열재가 있습니다.
등온 공정은 서로 연결되어야하며 이는 단열 덕분에 가능합니다.
카르노주기의 단계
시작점에서 가스가 압력, 부피 및 온도의 특정 조건을 갖는주기의 모든 부분에서 시작할 수 있습니다. 이 가스와 가스는 일련의 과정을 거쳐 시작 조건으로 돌아갑니다. 가스가 초기 상태로 돌아 오면 다른 사이클을 시작하기에 완벽한 상태였습니다. 이러한 조건은 끝의 내부 에너지가 처음의 내부 에너지와 동일한 한 주어집니다. 이것은 에너지가 보존된다는 것을 의미합니다. 우리는 이미 에너지가 생성되거나 파괴되지 않고 변형된다는 것을 이미 알고 있습니다.
카르노 사이클의 첫 번째 단계는 등온 팽창을 기반으로합니다. 이 단계에서 시스템은 열 저장소 (1)로부터 열을 흡수하고 등온 팽창을 겪습니다. 따라서 가스의 부피가 증가하고 압력이 감소합니다. 그러나 가스가 팽창하면 냉각되기 때문에 온도는 안정적입니다. 따라서 우리는 내부 에너지가 시간이 지남에 따라 일정하다는 것을 알고 있습니다.
두 번째 단계에서 우리는 단열 확장. 단열은 시스템이 열을 얻거나 잃지 않음을 의미합니다. 이것은 위에 표시된대로 단열재에 가스를 배치함으로써 달성됩니다. 따라서 단열 팽창에서 부피는 증가하고 압력은 최저값에 도달 할 때까지 감소합니다.
의 세 번째 단계는 등온 압축입니다. 여기서 우리는 단열재를 제거하고 시스템은 더 낮은 온도가 될 열 탱크 번호 2와 접촉합니다. 따라서 시스템은 사용되지 않은 폐열을이 열 탱크로 전달하는 역할을합니다. 열이 방출되면 압력이 증가하기 시작하고 부피가 감소합니다.
마지막으로 카르노 사이클의 마지막 단계에서단열 압축. 여기서 우리는 시스템에 의한 단열 단계로 돌아갑니다. 압력은 다시 초기 조건에 도달 할 때까지 부피 감소를 증가시킵니다. 따라서 사이클을 다시 시작할 준비가되었습니다.
제한 사항
앞서 언급했듯이 Carnot의 엔진은 이상화되었습니다. 이것은 그 이후로 한계가 있음을 의미합니다. 실제 모터는 100 % 효율이 없습니다. 우리는 두 대의 Carnot 기계가 동일한 열 저장소로 작동 할 경우 동일한 효율성을 갖는다는 것을 알고 있습니다. 이 진술은 성능이 완전히 독립적이며 올릴 수 없기 때문에 우리가 사용하는 물질에 관심이 있음을 의미합니다.
이전 분석에서 얻은 결론은 카르노 사이클이 이상적으로 도달 할 수있는 열역학 과정의 상단이라는 것입니다. 즉, 그 이상으로 효율성이 더 높은 엔진은 없습니다. 우리는 단열의 사실이 완벽하지 않으며 외부와의 열교환이 있기 때문에 단열 단계가 존재하지 않는다는 것을 알고 있습니다.
자동차의 경우 엔진 블록이 뜨거워지고 반면에 가솔린과 공기의 혼합물이 정확하게 작동하지 않으므로 이상적으로 의사 소통 할 수 있습니다. 몇 가지 요인은 말할 것도없고 성능이 크게 저하됩니다.
이 정보를 통해 카르노 사이클과 그 특성에 대해 더 많이 알 수 있기를 바랍니다.