Цикл Карно

обмеження

Коли ми говоримо з фізики та термодинаміки Цикл Карно ми маємо на увазі послідовність процесів, що відбуваються в двигуні Карно. Це ідеальний пристрій, що складається лише з декількох процесів оборотного типу. Це означає, що як тільки ці процеси відбудуться, початковий стан можна буде відновити. Цей тип двигуна розглядається у фізиці як ідеальний двигун і використовується для планування решти двигунів.

У цій статті ми розповімо вам все, що вам потрібно знати про цикл Карно та його основні характеристики.

ключові особливості

Етап циклу Карно

Ми говоримо про те, що цей тип двигуна розглядається як ідеальний двигун. Це так, оскільки йому не вистачає розсіювання енергії внаслідок тертя із землею або повітрям та будь-якого типу в’язкості. Всі ці характеристики або недоліки виникають у будь-якому реальному двигуні, оскільки неможливо перетворити теплову енергію на корисну роботу на 100%. Однак купа Карно може імітувати всі ці умови, щоб мати змогу працювати краще та робити простіші розрахунки.

Купуючи двигун, ми робимо це, починаючи з речовини, яка здатна виконувати роботу. Наприклад, основними речовинами, що використовуються, є газ, бензин або пара. Коли ці речовини, здатні виконувати роботу, піддаються різним змінам як температури, так і тиску, генерують деякі варіації їх обсягу. Таким чином, поршень можна переміщати всередині циліндра, щоб мати двигун.

Що таке цикл Карно?

цикл Карно

Цей цикл відбувається в системі, яка називається двигуном Карно. У цьому двигуні є ідеальний газ, який укладений у циліндр і забезпечений поршнем. Поршень контактує з різними джерелами, що перебувають при різних температурах. У цій системі є деякі процеси, які ми можемо побачити на наступних кроках:

  • До пристрою подається певна кількість тепла. Ця кількість тепла надходить від високотемпературного теплового резервуару.
  • Двигун виконує роботу завдяки цьому теплу, яке буде подаватися
  • Частина тепла використовується, а частина витрачається даремно. Відходи переносяться в тепловий резервуар, який має нижчу температуру.

Ознайомившись із усіма процесами, ми побачимо, якими є етапи циклу Карно. Аналіз цих процесів проводиться за допомогою діаграми, на якій вимірюється тиск і об'єм. Призначенням двигуна може бути або підтримання охолодження бака номер два, витягуючи з нього тепло. У цьому випадку мова піде про охолоджувальну машину. Якщо навпаки, метою є передача тепла тепловому резервуару номер один, то ми говоримо про тепловий насос.

Якщо ми проаналізуємо діаграму тиску та обсягу, ми побачимо, що зміни тиску та температури двигуна відображаються за певних умов, які є наступними:

  • Поки температура підтримується постійною. Тут ми говоримо про ізотермічний процес.
  • Відсутність тепловіддачі. Тут ми маємо теплоізоляцію.

Ізотермічні процеси повинні бути пов’язані між собою, і це досягається завдяки теплоізоляції.

Етапи циклу Карно

зміна тиску та об’єму

У початковій точці ми можемо почати з будь-якої частини циклу, в якій газ має певні умови тиску, об’єму та температури. Це і газ зазнає ряд процесів, які змусять його повернутися до початкових умов. Після того, як газ повернувся до початкових умов, він був у ідеальному стані для початку нового циклу. Ці умови даються до тих пір, поки внутрішня енергія в кінці однакова з внутрішньою енергією на початку. Це означає, що енергія зберігається. Ми вже знаємо, що енергія ні створюється, ні руйнується, а лише трансформується.

Перший етап циклу Карно заснований на ізотермічному розширенні. На цій стадії система поглинає тепло з теплового бака 1 і зазнає ізотермічного розширення. Отже, об’єм газу збільшується, а тиск зменшується. Однак температура залишається стабільною, оскільки коли газ розширюється, він охолоджується. Тому ми знаємо, що його внутрішня енергія залишається незмінною з часом.

На другому етапі ми маємо адіабатичне розширення. Адіабатичний означає, що система не отримує або втрачає тепло. Це досягається шляхом розміщення газу в теплоізоляції, як зазначено вище. Тому при адіабатичному розширенні об’єм збільшується, а тиск зменшується, поки не досягне найнижчого значення.

В на третьому етапі ми маємо ізотермічне стиснення. Тут ми знімаємо ізоляцію, і система контактує з тепловим баком № 2, який буде мати нижчу температуру. З цієї причини система відповідає за передачу відпрацьованого тепла, яке не було використано, до цього теплового баку. У міру виділення тепла тиск починає збільшуватися, а об’єм зменшуватися.

Нарешті, на останньому етапі циклу Карно ми маємо aадіабатичне стиснення. Тут ми повертаємось до етапу теплоізоляції системою. Тиск збільшується, об'єм зменшується, поки знову не досягнуть початкових умов. Тому цикл готовий розпочати знову.

Обмеження

Як вже згадувалося раніше, двигун Карно ідеалізований. Це означає, що він має свої обмеження відтоді справжні двигуни не мають такої 100% ефективності. Ми знаємо, що дві машини Карно мають однакову ефективність, якщо обидві вони працюють з однаковими тепловими резервуарами. Це твердження означає, що мені все одно, яку речовину ми використовуємо, оскільки ефективність роботи буде абсолютно незалежною і не може бути підвищена.

Висновок, який ми робимо з попереднього аналізу, полягає в тому, що цикл Карно є вершиною термодинамічного процесу, якого можна досягти в ідеалі. Тобто, крім цього, не буде двигуна з більшою ефективністю. Ми знаємо, що факт теплоізоляції ніколи не є досконалим, і адіабатичних стадій не існує, оскільки відбувається зовнішній теплообмін.

У випадку з автомобілем блок двигуна нагрівається, а з іншого боку, суміш бензину та повітря не поводиться точно, ви ідеально спілкуєтесь. Не кажучи вже про деякі фактори, які спричиняють різке зниження продуктивності.

Я сподіваюся, що за допомогою цієї інформації ви зможете дізнатись більше про цикл Карно та його характеристики.


Будьте першим, щоб коментувати

Залиште свій коментар

Ваша електронна адреса не буде опублікований. Обов'язкові для заповнення поля позначені *

*

*

  1. Відповідальний за дані: Мігель Анхель Гатон
  2. Призначення даних: Контроль спаму, управління коментарями.
  3. Легітимація: Ваша згода
  4. Передача даних: Дані не передаватимуться третім особам, за винятком юридичних зобов’язань.
  5. Зберігання даних: База даних, розміщена в мережі Occentus Networks (ЄС)
  6. Права: Ви можете будь-коли обмежити, відновити та видалити свою інформацію.