Kur flasim në fizikë dhe termodinamikë të Cikli Carnot po i referohemi një sekuence procesesh që ndodhin në një motor Carnot. Isshtë një pajisje ideale e përbërë nga vetëm disa procese të tipit të kthyeshëm. Kjo do të thotë që pasi të kenë ndodhur këto procese, gjendja fillestare mund të rifillojë. Ky lloj motori konsiderohet në fizikë si një motor ideal dhe përdoret për të qenë në gjendje të planifikoni pjesën tjetër të motorëve.
Në këtë artikull ne do t'ju tregojmë gjithçka që ju duhet të dini në lidhje me ciklin Carnot dhe karakteristikat e tij kryesore.
tipare kryesore
Po flasim që ky lloj motori konsiderohet si një motor ideal. Kjo pasi që i mungon shpërndarja e energjisë, për shkak të fërkimit me tokën ose ajrin dhe çdo lloj viskoziteti. Të gjitha këto karakteristika ose disavantazhe lindin në çdo motor të vërtetë, që nga viti është e pamundur të shndërrosh energjinë termike në 100% punë të përdorshme. Sidoqoftë, grumbulli Carnot mund të simulojë të gjitha këto kushte për të qenë në gjendje të punojnë më mirë dhe të bëjnë llogaritjet në një mënyrë më të thjeshtë.
Kur blejmë një motor, ne e bëjmë atë duke u nisur nga një substancë që është e aftë të bëjë punë. Për shembull, substancat kryesore të përdorura janë gazi, benzina ose avulli. Kur këto substanca që janë të afta të bëjnë punë i nënshtrohen ndryshimeve të ndryshme si në temperaturë ashtu edhe në presion, gjenerojnë disa ndryshime në vëllimin e tyre. Në këtë mënyrë, një piston mund të lëvizet brenda një cilindri për të pasur motorin.
Çfarë është cikli Carnot?
Ky cikël ndodh brenda një sistemi të quajtur motori Carnot. Në këtë motor ekziston një gaz ideal i cili është i mbyllur në një cilindër dhe i cili sigurohet me një piston. Pistoni është në kontakt me burime të ndryshme që janë në temperatura të ndryshme. Në këtë sistem ka disa procese që mund t'i shohim në hapat e mëposhtëm:
- Një sasi e caktuar e nxehtësisë furnizohet me pajisjen. Kjo sasi nxehtësie vjen nga rezervuari termik me temperaturë të lartë.
- Motori kryen punë falë kësaj nxehtësie që do të furnizohej
- Një pjesë e nxehtësisë përdoret dhe një pjesë tretet. Mbeturinat transferohen në rezervuarin termik që është në një temperaturë më të ulët.
Pasi të kemi parë të gjitha proceset, do të shohim se cilat janë fazat e ciklit Carnot. Analiza e këtyre proceseve kryhet duke përdorur një diagram në të cilin maten presioni dhe vëllimi. Qëllimi i motorit mund të jetë që të mbajë të ftohtë rezervuarin numër dy duke nxjerrë nxehtësi prej tij. Në këtë rast do të flasim për një makinë ftohëse. Nëse, përkundrazi, objektivi është transferimi i nxehtësisë në rezervuarin termik një numër një, atëherë ne po flasim për një pompë nxehtësie.
Nëse analizojmë një diagram presioni dhe vëllimi shohim se ndryshimet në presion dhe temperaturë të motorit tregohen në kushte të caktuara që janë si më poshtë:
- Për sa kohë që temperatura mbahet konstante. Këtu po flasim për një proces izotermik.
- Nuk ka transferim të nxehtësisë. Këtu kemi izolim termik.
Proceset izotermike duhet të lidhen me njëra-tjetrën dhe kjo arrihet falë izolimit termik.
Fazat e ciklit Carnot
Në pikën e fillimit mund të fillojmë me çdo pjesë të ciklit në të cilin gazi ka kushte të caktuara të presionit, vëllimit dhe temperaturës. Ky dhe gazi do t'i nënshtrohen një sërë procesesh që do ta çojnë atë të kthehet në kushtet e fillimit. Pasi gazi u kthye në kushtet e tij fillestare, ishte në gjendje të përsosur për të filluar një cikël tjetër. Këto kushte jepen për sa kohë që energjia e brendshme në fund është e njëjtë me atë të brendshme në fillim. Kjo do të thotë që energjia të kursehet. Ne tashmë e dimë që energjia as nuk krijohet as shkatërrohet, por vetëm transformohet.
Faza e parë e ciklit Carnot bazohet në një zgjerim izotermik. Në këtë fazë sistemi thith nxehtësinë nga rezervuari termik 1 dhe pëson një zgjerim izotermik. Prandaj, vëllimi i gazit rritet dhe presioni zvogëlohet. Sidoqoftë, temperatura mbetet e qëndrueshme që kur gazi zgjerohet, ajo ftohet. Prandaj, ne e dimë që energjia e saj e brendshme mbetet konstante me kalimin e kohës.
Në fazën e dytë kemi një zgjerimi adiabatik. Adiabatic do të thotë që sistemi nuk fiton ose humbet nxehtësinë. Kjo arrihet duke vendosur gazin në izolimin e nxehtësisë siç tregohet më sipër. Prandaj, në një zgjerim adiabatik vëllimi rritet dhe presioni zvogëlohet derisa të arrijë vlerën e tij më të ulët.
Në faza e tretë kemi një kompresim izotermik. Këtu heqim izolimin dhe sistemi bie në kontakt me rezervuarin termik numër 2, i cili do të jetë në një temperaturë më të ulët. Prandaj, sistemi është përgjegjës për transferimin e nxehtësisë së mbeturinave që nuk është përdorur në këtë rezervuar termik. Ndërsa nxehtësia lëshohet, presioni fillon të rritet dhe vëllimi të ulet.
Më në fund, në fazën e fundit të ciklit Carnot kemi njëkompresimi adiabatik. Këtu kthehemi në një fazë të izolimit termik nga sistemi. Presioni rrit vëllimin zvogëlohet derisa të arrihen përsëri kushtet fillestare. Prandaj, cikli është gati të fillojë përsëri.
kufizimet
Siç u përmend më parë, motori i Carnot është idealizuar. Kjo do të thotë që ajo ka kufizimet e saj që nga atëherë motorët e vërtetë nuk kanë atë efikasitet 100%. Ne e dimë që dy makina Carnot kanë të njëjtën efikasitet nëse funksionojnë të dyja me të njëjtat rezervuarë termikë. Kjo deklaratë do të thotë që unë kujdesem për substancën që përdorim, pasi që performanca do të jetë plotësisht e pavarur dhe nuk mund të ngrihet.
Përfundimi që nxjerrim nga analiza e mëparshme është se cikli Carnot është maja e procesit termodinamik që mund të arrihet në mënyrë ideale. Kjo është, përtej kësaj, nuk do të ketë motor me efikasitet më të madh. Ne e dimë që fakti i izolimit termik nuk është kurrë i përsosur dhe fazat adiabatike nuk ekzistojnë, pasi ka një shkëmbim nxehtësie me pjesën e jashtme.
Në rastin e një makine, blloku i motorit nxehet dhe, nga ana tjetër, përzierja e benzinës dhe ajrit nuk sillet saktësisht, ju komunikoni në mënyrë ideale. Për të mos përmendur disa faktorë që shkaktojnë një ulje drastike të performancës.
Shpresoj që me këtë informacion të mësoni më shumë rreth ciklit Carnot dhe karakteristikat e tij.