Kad mēs runājam fizikā un termodinamikā Karnot cikls mēs atsaucamies uz procesu secību, kas notiek Carnot dzinējā. Tā ir ideāla ierīce, kas sastāv tikai no dažiem atgriezeniska tipa procesiem. Tas nozīmē, ka, tiklīdz šie procesi ir notikuši, sākotnējo stāvokli var atjaunot. Šis motora tips fizikā tiek uzskatīts par ideālu motoru un tiek izmantots, lai varētu plānot pārējos motorus.
Šajā rakstā mēs jums pastāstīsim visu, kas jums jāzina par Carnot ciklu un tā galvenajām īpašībām.
galvenās iezīmes
Mēs runājam, ka šāda veida motori tiek uzskatīti par ideāliem dzinējiem. Tas tā ir, jo tai trūkst enerģijas izkliedes berzes dēļ ar zemi vai gaisu un nav viskozitātes veida. Visas šīs īpašības vai trūkumi rodas jebkurā reālā motorā, jo nav iespējams pārveidot siltumenerģiju par izmantojamu darbu par 100%. Tomēr Carnot kaudze var simulēt visus šos apstākļus, lai varētu strādāt labāk un vienkāršāk veikt aprēķinus.
Pērkot motoru, mēs to darām, sākot no vielas, kas spēj veikt darbu. Piemēram, galvenās izmantotās vielas ir gāze, benzīns vai tvaiks. Ja šīs vielas, kas spēj veikt darbu, tiek pakļautas dažādām temperatūras un spiediena izmaiņām, tie rada dažas izmaiņas to apjomā. Tādā veidā virzuli var pārvietot cilindra iekšpusē, lai būtu motors.
Kas ir Carnot cikls?
Šis cikls notiek sistēmā, ko sauc par Carnot motoru. Šajā motorā ir ideāla gāze, kas ir noslēgta cilindrā un kas aprīkota ar virzuli. Virzulis ir saskarē ar dažādiem avotiem, kas atrodas dažādās temperatūrās. Šajā sistēmā ir daži procesi, kurus mēs varam apkopot šādās darbībās:
- Ierīcei tiek piegādāts noteikts siltuma daudzums. Šis siltuma daudzums rodas no augstas temperatūras termiskā rezervuāra.
- Motors veic darbu, pateicoties šim siltumam, kas tiktu piegādāts
- Daļa siltuma tiek izmantota, bet daļa tiek izšķiesta. Atkritumus pārnes uz termisko tvertni, kas atrodas zemākā temperatūrā.
Kad mēs esam redzējuši visus procesus, mēs redzēsim, kādi ir Karotna cikla posmi. Šo procesu analīzi veic, izmantojot diagrammu, kurā mēra spiedienu un tilpumu. Motora mērķis var būt vai nu noturēt vēsu tvertnes numuru, iegūstot no tā siltumu. Šajā gadījumā mēs runāsim par dzesēšanas mašīnu. Ja gluži pretēji, mērķis ir pārnest siltumu uz termālo rezervuāru numur viens, tad mēs runājam par siltumsūkni.
Ja mēs analizējam spiediena un tilpuma diagrammu, redzam, ka motora spiediena un temperatūras izmaiņas tiek parādītas noteiktos apstākļos, kas ir šādi:
- Kamēr temperatūra tiek turēta nemainīga. Šeit mēs runājam par izotermisku procesu.
- Nav siltuma pārneses. Šeit mums ir siltumizolācija.
Izotermiskie procesi ir jāsaista savā starpā, un tas tiek panākts, pateicoties siltumizolācijai.
Karotna cikla posmi
Sākuma punktā mēs varam sākt ar jebkuru cikla daļu, kurā gāzei ir noteikti spiediena, tilpuma un temperatūras apstākļi. Tam un gāzei notiks virkne procesu, kas liks tai atgriezties sākuma apstākļos. Kad gāze bija atgriezusies sākotnējos apstākļos, tā bija ideālā stāvoklī, lai sāktu vēl vienu ciklu. Šie nosacījumi tiek doti, kamēr iekšējā enerģija beigās ir tāda pati kā iekšējā enerģija sākumā. Tas nozīmē, ka enerģija tiek saglabāta. Mēs jau zinām, ka enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta, bet tikai pārveidota.
Karotna cikla pirmais posms balstās uz izotermisko izplešanos. Šajā posmā sistēma absorbē siltumu no termiskā rezervuāra 1 un izotermiski izplešas. Tādējādi gāzes tilpums palielinās un spiediens samazinās. Tomēr temperatūra paliek stabila, kopš gāzes izplešanās laikā tā atdziest. Tāpēc mēs zinām, ka tā iekšējā enerģija laika gaitā paliek nemainīga.
Otrajā posmā mums ir a adiabātiskā paplašināšanās. Adiabātiskais nozīmē, ka sistēma neiegūst un nezaudē siltumu. To panāk, ievietojot gāzi siltumizolācijā, kā norādīts iepriekš. Tāpēc adiabātiskā paplašināšanās laikā tilpums palielinās un spiediens samazinās, līdz tas sasniedz zemāko vērtību.
Jo trešais posms mums ir izotermiska kompresija. Šeit mēs noņemam izolāciju, un sistēma nonāk saskarē ar termiskās tvertnes numuru 2, kas būs zemākā temperatūrā. Tāpēc sistēma ir atbildīga par neizlietotā siltuma pārnesi uz šo termisko tvertni. Kad siltums izdalās, spiediens sāk palielināties un tilpums samazinās.
Visbeidzot, pēdējā Carnot cikla posmā mums ir aadiabātiskā saspiešana. Šeit mēs atgriezīsimies pie sistēmas siltumizolācijas posma. Spiediens palielina tilpumu, līdz atkal tiek sasniegti sākotnējie apstākļi. Tāpēc cikls ir gatavs sākt no jauna.
Ierobežojumi
Kā jau minēts iepriekš, Carnot dzinējs ir idealizēts. Tas nozīmē, ka kopš tā laika tam ir ierobežojumi reāliem motoriem nav tādas 100% efektivitātes. Mēs zinām, ka divām Carnot mašīnām ir vienāda efektivitāte, ja tās abas darbojas ar vieniem un tiem pašiem termiskajiem rezervuāriem. Šis apgalvojums nozīmē, ka man ir svarīgi, kādu vielu mēs lietojam, jo sniegums būs pilnīgi neatkarīgs un to nevar paaugstināt.
Secinājums, ko mēs izdarām no iepriekšējās analīzes, ir tāds, ka Karnot cikls ir termodinamiskā procesa augšdaļa, kuru var ideāli sasniegt. Tas nozīmē, ka ārpus tā nebūs dzinēja ar lielāku efektivitāti. Mēs zinām, ka siltumizolācija nekad nav perfekta un ka adiabātiskie posmi nepastāv, jo notiek siltuma apmaiņa ar ārpusi.
Automašīnas gadījumā motora bloks sasilst, un, no otras puses, benzīna un gaisa maisījums neuzvedas precīzi, jūs sazināties ideāli. Nemaz nerunājot par dažiem faktoriem, kas izraisīt krasu veiktspējas samazināšanos.
Es ceru, ka ar šo informāciju jūs varat uzzināt vairāk par Karnot ciklu un tā īpašībām.