Khi chúng ta nói về vật lý và nhiệt động lực học về Chu trình carnot chúng tôi đang đề cập đến một chuỗi các quy trình diễn ra trong động cơ Carnot. Nó là một thiết bị lý tưởng chỉ bao gồm một số quá trình kiểu thuận nghịch. Điều này có nghĩa là khi các quá trình này đã diễn ra, trạng thái ban đầu có thể được tiếp tục. Loại động cơ này được coi là động cơ lý tưởng trong vật lý và được sử dụng để có thể lập kế hoạch cho các động cơ còn lại.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về chu trình Carnot và các đặc điểm chính của nó.
Các tính năng chính
Chúng ta đang nói rằng loại động cơ này được coi là động cơ lý tưởng. Điều này là như vậy vì nó không có sự tiêu tán năng lượng do ma sát với mặt đất hoặc không khí và bất kỳ loại độ nhớt nào. Tất cả những đặc điểm hoặc nhược điểm này phát sinh trong bất kỳ động cơ thực nào, vì không thể chuyển 100% nhiệt năng thành công năng sử dụng được. Tuy nhiên, Carnot heap có thể mô phỏng tất cả các điều kiện này để có thể hoạt động tốt hơn và thực hiện các phép tính theo cách đơn giản hơn.
Khi chúng ta mua một động cơ, chúng ta làm việc đó bắt đầu từ một chất có khả năng hoạt động. Ví dụ, các chất chính được sử dụng là khí đốt, xăng hoặc hơi nước. Khi những chất này có khả năng hoạt động thì chịu những thay đổi khác nhau về cả nhiệt độ và áp suất, tạo ra một số biến thể trong khối lượng của chúng. Bằng cách này, một piston có thể được di chuyển trong một xi lanh để có động cơ.
Chu trình Carnot là gì?
Chu trình này xảy ra trong một hệ thống được gọi là động cơ Carnot. Trong động cơ này có một khí lý tưởng được bao bọc trong một xi lanh và được cung cấp bởi một piston. Piston tiếp xúc với nhiều nguồn khác nhau ở nhiệt độ khác nhau. Trong hệ thống này có một số quy trình mà chúng ta có thể tóm tắt theo các bước sau:
- Một lượng nhiệt nhất định được cung cấp cho thiết bị. Lượng nhiệt này sinh ra từ bình chứa nhiệt có nhiệt độ cao.
- Động cơ thực hiện công việc nhờ nhiệt này sẽ được cung cấp
- Một số nhiệt được sử dụng và một số bị lãng phí. Chất thải được chuyển đến bể nhiệt có nhiệt độ thấp hơn.
Khi chúng ta đã xem tất cả các quá trình, chúng ta sẽ xem các giai đoạn của chu trình Carnot là gì. Việc phân tích các quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng một sơ đồ trong đó áp suất và thể tích được đo. Mục đích của động cơ có thể là giữ cho thùng số hai mát bằng cách chiết nhiệt từ nó. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ nói về một máy làm mát. Ngược lại, nếu mục tiêu là truyền nhiệt đến bình chứa nhiệt số một, thì chúng ta sẽ nói về máy bơm nhiệt.
Nếu chúng ta phân tích biểu đồ áp suất và thể tích, chúng ta thấy rằng những thay đổi về áp suất và nhiệt độ của động cơ được thể hiện trong những điều kiện nhất định như sau:
- Miễn là nhiệt độ được giữ không đổi. Ở đây chúng ta đang nói về một quá trình đẳng nhiệt.
- Không truyền nhiệt. Đây là nơi chúng tôi có vật liệu cách nhiệt.
Các quá trình đẳng nhiệt cần được kết nối với nhau và điều này đạt được là nhờ cách nhiệt.
Các giai đoạn của chu trình Carnot
Tại điểm bắt đầu, chúng ta có thể bắt đầu với bất kỳ phần nào của chu trình trong đó chất khí có những điều kiện nhất định về áp suất, thể tích và nhiệt độ. Khí này và khí sẽ trải qua một loạt quá trình dẫn nó trở lại điều kiện ban đầu. Khi khí đã trở lại điều kiện ban đầu, nó ở trạng thái hoàn hảo để bắt đầu một chu trình khác. Các điều kiện này được đưa ra miễn là nội năng ở cuối bằng với nội năng ở đầu. Điều này có nghĩa là năng lượng được bảo toàn. Chúng ta đã biết rằng năng lượng không được tạo ra cũng không bị phá hủy, mà chỉ được chuyển hóa.
Giai đoạn đầu của chu trình Carnot dựa trên sự giãn nở đẳng nhiệt. Trong giai đoạn này, hệ thống hấp thụ nhiệt từ bình chứa nhiệt 1 và trải qua quá trình giãn nở đẳng nhiệt. Do đó, thể tích của khí tăng và áp suất giảm. Tuy nhiên, nhiệt độ vẫn ổn định kể từ khi chất khí nở ra nó nguội đi. Do đó, chúng ta biết rằng nội năng của nó không đổi theo thời gian.
Trong giai đoạn thứ hai, chúng tôi có một mở rộng đoạn nhiệt. Adiabatic có nghĩa là hệ thống không tăng hoặc mất nhiệt. Điều này đạt được bằng cách đặt khí trong lớp cách nhiệt như đã chỉ ra ở trên. Do đó, trong quá trình giãn nở đoạn nhiệt, thể tích tăng lên và áp suất giảm cho đến khi nó đạt giá trị thấp nhất.
Trong giai đoạn thứ ba chúng ta có một nén đẳng nhiệt. Tại đây chúng tôi loại bỏ lớp cách nhiệt và hệ thống tiếp xúc với bình nhiệt số 2 sẽ ở nhiệt độ thấp hơn. Vì lý do này, hệ thống có nhiệm vụ chuyển nhiệt thải chưa được sử dụng đến bể nhiệt này. Khi nhiệt tỏa ra, áp suất bắt đầu tăng và thể tích giảm.
Cuối cùng, trong giai đoạn cuối của chu trình Carnot, chúng ta cónén đoạn nhiệt. Sau đây chúng ta quay lại một giai đoạn cách nhiệt bằng hệ thống. Áp suất tăng thì thể tích giảm cho đến khi đạt lại điều kiện ban đầu. Do đó, chu kỳ đã sẵn sàng để bắt đầu lại.
Hạn chế
Như đã đề cập trước đây, động cơ của Carnot được lý tưởng hóa. Điều này có nghĩa là nó có những hạn chế vì động cơ thực không có hiệu suất 100%. Chúng ta biết rằng hai máy Carnot có cùng hiệu suất nếu cả hai đều hoạt động với cùng một bể chứa nhiệt. Tuyên bố này có nghĩa là tôi quan tâm đến việc chúng tôi sử dụng chất gì, vì hiệu suất sẽ hoàn toàn độc lập và không thể nâng cao.
Kết luận mà chúng tôi rút ra từ phân tích trước đó là chu trình Carnot là đỉnh của quá trình nhiệt động lực học có thể đạt được một cách lý tưởng. Có nghĩa là, ngoài điều đó, sẽ không có động cơ nào có hiệu suất lớn hơn. Chúng ta biết rằng thực tế cách nhiệt không bao giờ là hoàn hảo và các giai đoạn đoạn nhiệt không tồn tại, vì có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài.
Trong trường hợp một chiếc ô tô, khối động cơ nóng lên và mặt khác, hỗn hợp xăng và không khí không hoạt động chính xác, bạn giao tiếp lý tưởng. Chưa kể một số yếu tố gây ra giảm mạnh hiệu suất.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này bạn có thể hiểu thêm về chu trình Carnot và các đặc điểm của nó.