När vi talar i fysik och termodynamik av Carnot cykel vi hänvisar till en sekvens av processer som äger rum i en Carnot-motor. Det är en idealisk enhet som består av endast ett fåtal reversibla processer. Detta innebär att när dessa processer har ägt rum kan det initiala tillståndet återupptas. Denna typ av motor betraktas i fysiken som en idealisk motor och används för att kunna planera resten av motorerna.
I den här artikeln kommer vi att berätta allt du behöver veta om Carnot-cykeln och dess huvudsakliga egenskaper.
Huvudegenskaper
Vi pratar om att denna typ av motor anses vara en idealisk motor. Detta är så eftersom det saknar energiutsläpp på grund av friktion med marken eller luften och någon typ av viskositet. Alla dessa egenskaper eller nackdelar uppstår i någon riktig motor, eftersom det är omöjligt att omvandla termisk energi till användbart arbete med 100%. Carnot-högen kan dock simulera alla dessa förhållanden för att kunna fungera bättre och göra beräkningar på ett enklare sätt.
När vi köper en motor gör vi det från ett ämne som kan utföra arbete. Till exempel är de viktigaste ämnena som används gas, bensin eller ånga. När dessa ämnen som kan utföra arbete utsätts för olika förändringar i både temperatur och tryck, de genererar vissa variationer i sin volym. På detta sätt kan en kolv flyttas inuti en cylinder för att få motorn.
Vad är Carnot-cykeln?
Denna cykel sker i ett system som kallas Carnot-motorn. I denna motor finns en idealisk gas som är innesluten i en cylinder och som är försedd med en kolv. Kolven är i kontakt med olika källor som har olika temperatur. I det här systemet finns det några processer som vi kan se i följande steg:
- En viss mängd värme tillförs enheten. Denna värmemängd kommer från värmebehållaren med hög temperatur.
- Motorn utför arbete tack vare denna värme som skulle tillföras
- En del av värmen används och en del går till spillo. Avfallet överförs till den termiska tanken som har en lägre temperatur.
När vi väl har sett alla processer ska vi se vilka steg i Carnot-cykeln. Analysen av dessa processer utförs med hjälp av ett diagram där tryck och volym mäts. Syftet med motorn kan vara att antingen hålla tank nummer två sval genom att extrahera värme från den. I det här fallet kommer vi att prata om en kylmaskin. Om målet tvärtom är att överföra värme till värmebehållaren ett nummer ett, så talar vi om en värmepump.
Om vi analyserar ett tryck- och volymdiagram ser vi att förändringar i motorns tryck och temperatur visas under följande förhållanden:
- Så länge temperaturen hålls konstant. Här pratar vi om en isotermisk process.
- Ingen värmeöverföring. Det är här vi har värmeisolering.
Isotermiska processer måste anslutas till varandra och detta uppnås tack vare värmeisolering.
Stadier av Carnot-cykeln
Vid startpunkten kan vi börja med vilken del av cykeln som helst, under vilken gasen har vissa tryck-, volym- och temperaturförhållanden. Detta och gas kommer att genomgå en serie processer som leder till att den återgår till startförhållandena. När gasen hade återgått till sina ursprungliga förhållanden var den i perfekt skick att starta en ny cykel. Dessa villkor ges så länge den inre energin i slutet är densamma som den inre energin i början. Detta innebär att energi bevaras. Vi vet redan att energi varken skapas eller förstörs utan bara transformeras.
Det första steget i Carnot-cykeln bygger på en isotermisk expansion. I detta steg absorberar systemet värme från den termiska reservoaren 1 och genomgår en isotermisk expansion. Följaktligen ökar gasens volym och trycket minskar. Men temperaturen förblir stabil sedan när gasen expanderar svalnar den. Därför vet vi att dess inre energi förblir konstant över tiden.
I andra etappen har vi en adiabatisk expansion. Adiabatic betyder att systemet inte vinner eller tappar värme. Detta uppnås genom att placera gasen i värmeisolering enligt ovan. Därför ökar volymen i en adiabatisk expansion och trycket minskar tills det når sitt lägsta värde.
I tredje steget har vi en isoterm kompression. Här tar vi bort isoleringen och systemet kommer i kontakt med termisk tank nummer 2, som kommer att ha en lägre temperatur. Därför är systemet ansvarigt för att överföra spillvärme som inte har använts till denna termiska tank. När värmen släpps börjar trycket att öka och volymen att minska.
Slutligen, i sista etappen av Carnot-cykeln har vi enadiabatisk kompression. Här går vi tillbaka till ett stadium av värmeisolering av systemet. Trycket ökar volymen minskar tills de når de ursprungliga förhållandena igen. Därför är cykeln redo att starta igen.
begränsningar
Som nämnts tidigare är Carnots motor idealiserad. Detta innebär att det har sina begränsningar sedan verkliga motorer har inte den 100% effektiviteten. Vi vet att två Carnot-maskiner har samma effektivitet om de båda arbetar med samma termiska behållare. Detta uttalande betyder att jag bryr mig om vilket ämne vi använder, eftersom prestanda kommer att vara helt oberoende och inte kan höjas.
Slutsatsen som vi drar från den tidigare analysen är att Carnot-cykeln är toppen av den termodynamiska processen som helst kan nås. Det vill säga utöver det kommer det inte att finnas någon motor med större effektivitet. Vi vet att värmeisoleringen aldrig är perfekt och de adiabatiska stadierna inte existerar, eftersom det finns ett värmeväxling med utsidan.
När det gäller en bil värms motorblocket upp och å andra sidan fungerar inte blandningen av bensin och luft exakt, du kommunicerar perfekt. För att inte nämna några faktorer som orsaka en drastisk minskning av prestanda.
Jag hoppas att du med den här informationen kan lära dig mer om Carnot-cykeln och dess egenskaper.