Када говоримо из физике и термодинамике Царнотов циклус мислимо на низ процеса који се одвијају у Царнотовом мотору. То је идеалан уређај који се састоји од само неколико процеса реверзибилног типа. То значи да када се ови процеси одрже, почетно стање се може наставити. Овај тип мотора се у физици сматра идеалним мотором и користи се за планирање остатка мотора.
У овом чланку ћемо вам рећи све што требате знати о Царнотовом циклусу и његовим главним карактеристикама.
Главне карактеристике
Говоримо да се овај тип мотора сматра идеалним мотором. То је тако јер му недостаје расипање енергије услед трења са земљом или ваздухом и било које врсте вискозности. Све ове карактеристике или недостаци настају у било ком стварном мотору, будући да немогуће је претворити топлотну енергију у употребљив рад за 100%. Међутим, Царнотова гомила може да симулира све ове услове како би могла боље да ради и прорачунава на једноставнији начин.
Када купујемо мотор, радимо то полазећи од супстанце која је способна за рад. На пример, главне супстанце које се користе су гас, бензин или пара. Када су ове супстанце способне за рад подвргнуте различитим променама и температуре и притиска, генеришу неке варијације у њиховом обиму. На тај начин, клип се може померати унутар цилиндра да би имао мотор.
Шта је Царнотов циклус?
Овај циклус се јавља у систему који се назива Царнотов мотор. У овом мотору постоји идеалан гас који је затворен у цилиндар и који има клип. Клип је у контакту са разним изворима који су на различитим температурама. У овом систему постоје неки процеси које можемо видети у следећим корацима:
- У уређај се испоручује одређена количина топлоте. Ова количина топлоте долази из термичког резервоара високе температуре.
- Мотор обавља радове захваљујући овој топлоти која би се напајала
- Део топлоте се користи, а део троши. Отпад се преноси у термални резервоар на нижој температури.
Једном када видимо све процесе, видећемо које су фазе Царнотовог циклуса. Анализа ових процеса врши се помоћу дијаграма у коме се мере притисак и запремина. Сврха мотора може бити одржавање расхладног резервоара број два издвајањем топлоте из њега. У овом случају ћемо говорити о машини за хлађење. Ако је, напротив, циљ пренос топлоте у топлотни резервоар број један, онда говоримо о топлотној пумпи.
Ако анализирамо дијаграм притиска и запремине, видећемо да се промене притиска и температуре мотора приказују под одређеним условима који су следећи:
- Све док се температура одржава константном. Овде говоримо о изотермном процесу.
- Нема преноса топлоте. Овде имамо топлотну изолацију.
Изотермни процеси морају бити повезани једни са другима, а то се постиже захваљујући топлотној изолацији.
Фазе Царнотовог циклуса
У почетној тачки можемо започети са било којим делом циклуса у којем гас има одређене услове притиска, запремине и температуре. Ово и гас ће проћи кроз низ процеса који ће га довести до повратка у почетне услове. Када се гас врати у почетне услове, био је у савршеном стању да започне нови циклус. Ови услови су дати све док је унутрашња енергија на крају иста као и унутрашња енергија на почетку. То значи да се енергија чува. Већ знамо да се енергија не ствара нити уништава, већ само трансформише.
Прва фаза Царнотовог циклуса заснива се на изотермној експанзији. У овој фази систем апсорбује топлоту из термалног резервоара 1 и пролази кроз изотермно ширење. Отуда се запремина гаса повећава, а притисак смањује. Међутим, температура остаје стабилна, јер се гас, када се шири, хлади. Стога знамо да његова унутрашња енергија остаје константна током времена.
У другој фази имамо адијабатско ширење. Адијабатски значи да систем не добија или губи топлоту. То се постиже постављањем гаса у топлотну изолацију као што је горе наведено. Због тога се у адијабатском ширењу запремина повећава, а притисак смањује док не достигне најнижу вредност.
У трећа фаза имамо изотермалну компресију. Овде уклањамо изолацију и систем долази у контакт са термалним резервоаром број 2, који ће бити на нижој температури. Због тога је систем одговоран за пренос отпадне топлоте која није коришћена у овај термални резервоар. Како се топлота ослобађа, притисак почиње да расте, а запремина опада.
Коначно, у последњој фази Царнотовог циклуса имамо аадијабатска компресија. Овде се враћамо у фазу топлотне изолације система. Притисак повећава запремину, смањује се док поново не достигне почетне услове. Стога је циклус спреман за поновни почетак.
Ограничења
Као што је већ поменуто, Царнотов мотор је идеализован. То значи да има своја ограничења од прави мотори немају ту стопостотну ефикасност. Знамо да две Царнотове машине имају исту ефикасност ако обе раде са истим топлотним резервоарима. Ова изјава значи да ме брине коју супстанцу користимо, јер ће перформансе бити потпуно независне и не могу се подићи.
Закључак који изводимо из претходне анализе је да је Царнотов циклус врх термодинамичког процеса до којег се идеално може доћи. Односно, изван тога неће бити мотора са већом ефикасношћу. Знамо да топлотна изолација никада није савршена и да адијабатски ступњеви не постоје, јер постоји размена топлоте са спољном страном.
У случају аутомобила, блок мотора се загрева, а са друге стране, мешавина бензина и ваздуха се не понаша тачно, идеално комуницирате. А да се и не спомињу неки фактори који узрокују драстично смањење перформанси.
Надам се да ћете помоћу ових информација сазнати више о Царнотовом циклусу и његовим карактеристикама.