Kui räägime füüsikas ja termodünaamikas Carnoti tsükkel Peame silmas protsesside jada, mis toimuvad Carnot' mootoris. See on ideaalne seade, mis koosneb ainult mõnest pööratavat tüüpi protsessist. See tähendab, et kui need protsessid on toimunud, saab algolekusse tagasi pöörduda. Seda tüüpi mootoreid peetakse füüsikas ideaalseks mootoriks ja seda kasutatakse ülejäänud mootorite planeerimiseks, kuna see on seotud termodünaamika põhimõtted.
Selles artiklis räägime teile kõigest, mida peate teadma Carnoti tsükli ja selle peamiste omaduste kohta.
põhijooned
Me räägime, et seda tüüpi mootoreid peetakse ideaalseks mootoriks. See on nii, kuna sellel puudub energia hajumine maapinna või õhuga hõõrdumise ja viskoossuse puudumise tõttu. Kõik need omadused või puudused ilmnevad kõigis tegelikes mootorites, kuna soojusenergiat on võimatu 100% muundada kasutatavaks tööks. Carnoti hunnik suudab aga kõiki neid tingimusi simuleerida, et oleks võimalik paremini töötada ja lihtsamalt arvutada.
Mootorit ostes alustame ainest, mis on võimeline tööd tegema. Näiteks kasutatakse peamiselt gaasi, bensiini või auru. Kui need ained, mis on võimelised tööd tegema, alluvad erinevatele temperatuuri ja rõhu muutustele, nad tekitavad oma mahu osas mõningaid variatsioone. Sel viisil saab mootori saamiseks kolvi silindri sees liigutada. Põhimõtted termodünaamika mängivad neis protsessides otsustavat rolli.
Mis on Carnoti tsükkel?
See tsükkel toimub süsteemis, mida nimetatakse Carnoti mootoriks. Selles mootoris on ideaalne gaas, mis on suletud silindrisse ja mis on varustatud kolbiga. Kolb on kontaktis erinevate allikatega, mis on erineval temperatuuril. Selles süsteemis on mõned protsessid, mida näeme järgmiste sammude abil:
- Seadmesse tarnitakse teatud kogus soojust. See soojushulk pärineb kõrgtemperatuurilisest termoservuaarist.
- Mootor töötab tänu sellele tarnitavale soojusele
- Osa soojusest kulub ära ja osa läheb raisku. Jäätmed suunatakse madalama temperatuuriga termopaaki.
Kui oleme kõik protsessid läbi vaadanud, vaatame, millised on Carnoti tsükli etapid. Nende protsesside analüüsimiseks kasutatakse diagrammi, milles mõõdetakse rõhku ja mahtu. Mootori eesmärk võib olla kas paagi number XNUMX jahedana hoidmine, eraldades sellest soojust. Sel juhul räägime jahutusmasinast. Kui vastupidi, eesmärk on viia soojust soojushoidlasse number üks, siis räägime soojuspumbast.
Kui analüüsime rõhu ja mahu diagrammi, näeme, et mootori rõhu ja temperatuuri muutusi näidatakse teatud tingimustel, mis on järgmised:
- Alati, kui temperatuur püsib konstantne. Siin räägime isotermilisest protsessist.
- Soojusülekannet pole. Siin on meil soojusisolatsioon.
Isotermilised protsessid peavad olema omavahel ühendatud ja see saavutatakse tänu soojusisolatsioonile, mis on kontseptsiooniga seotud entroopia.
Carnoti tsükli etapid
Alguspunktis võime alustada tsükli mis tahes osast, milles gaasil on teatud rõhu, mahu ja temperatuuri tingimused. See gaas läbib rea protsesse, mis viivad selle tagasi lähtetingimustesse. Kui gaas on naasnud oma algtingimustesse, oli see uue tsükli käivitamiseks ideaalses seisukorras. Need tingimused on täidetud seni, kuni siseenergia lõpus on sama, mis siseenergia alguses. See tähendab, et energiat hoitakse kokku. Teame juba, et energiat ei tekitata ega hävitata, vaid ainult muundatakse.
Carnoti tsükli esimene etapp põhineb isotermilisel laienemisel. Selles etapis neelab süsteem soojust paagist 1 ja läbib isotermilise paisumise. Seega gaasi maht suureneb ja rõhk väheneb. Kuid temperatuur püsib stabiilsena, kuna gaasi paisumisel jahtub. Seetõttu teame, et selle siseenergia püsib aja jooksul konstantsena.
Teises etapis on meil a adiabaatiline laienemine. Adiabaatiline tähendab, et süsteem ei võta ega kaota soojust. See saavutatakse gaasi asetamisega soojusisolatsiooni, nagu eespool näidatud. Seetõttu suureneb adiabaatilise paisumise korral maht ja rõhk, kuni see saavutab madalaima väärtuse.
Aastal kolmas etapp on meil isotermiline kompressioon. Siin eemaldame isolatsiooni ja süsteem puutub kokku termopaagi numbriga 2, mis on madalamal temperatuuril. Seetõttu vastutab süsteem kasutamata heitsoojuse ülekandmise eest sellesse termomahutisse. Soojuse eraldumisel hakkab rõhk suurenema ja maht vähenema.
Lõpuks on Carnoti tsükli viimases etapis aadiabaatiline kokkusurumine. Siit naaseme süsteemi soojusisolatsiooni etappi. Rõhk suurendab helitugevust, kuni jõuab uuesti algtingimusteni. Seetõttu on tsükkel uuesti alustamiseks valmis.
Piirangud
Nagu varem mainisime, on Carnot’ mootor idealiseeritud. See tähendab, et sellest ajast on sellel oma piirangud päris mootoritel pole seda sajaprotsendilist efektiivsust. Teame, et kahel Carnot’ masinal on sama tõhusus, kui mõlemad töötavad samade termopaakidega. See väide tähendab, et meie kasutatav aine on oluline, kuna jõudlus on täiesti sõltumatu ja seda ei saa suurendada.
Eelneva analüüsi põhjal tehtud järeldus on, et Carnoti tsükkel on termodünaamilise protsessi tipp, kuhu on ideaalselt võimalik jõuda. See tähendab, et peale selle ei ole suurema efektiivsusega mootorit. Me teame, et soojusisolatsiooni fakt ei ole kunagi täiuslik ja adiabaatilisi etappe pole olemas, kuna soojusvahetus toimub väljastpoolt.
Auto puhul mootoriplokk kuumeneb ning bensiini ja õhu segu ei käitu täpselt nagu ideaalne gaas. Rääkimata mõnest tegurist, mis põhjustada jõudluse drastilist vähenemist.
Loodan, et selle teabe abil saate Carnot tsükli ja selle omaduste kohta rohkem teada saada.