Wat is de carnot warmtecyclus?

De carnot warmtecyclus, beter de carnotcyclus genoemd, is een geïdealiseerde thermodynamische cyclus die wordt gebruikt om de maximaal mogelijke efficiëntie te bepalen voor een warmtemotor die werkt tussen twee gegeven temperaturen.Het wordt gebruikt voor theoretische doeleinden, maar kan niet daadwerkelijk werken in fysieke systemen.Hoewel in theorie een motor kan worden geconstrueerd die in de buurt van maximale efficiëntie werkt, is de warmteoverdracht in de cyclus te langzaam om een praktisch systeem te zijn.De belangrijkste waarde van de carnotcyclus ligt in het vaststellen van de maximale efficiëntie voor andere soorten warmtemotoren.

Twee veronderstellingen worden gemaakt bij het construeren van de carnot warmtecyclus, om het de maximaal mogelijke efficiëntie mdash te geven;Alle processen zijn omkeerbaar en er is geen verandering in entropie.Een omkeerbaar proces is een proces dat kan worden teruggebracht naar zijn oorspronkelijke staat zonder energieverlies. Entropie is de hoeveelheid energie in een systeem dat niet beschikbaar is om werk te doen.Volgens de tweede wet van de thermodynamica moet de hoeveelheid entropie in een systeem toenemen of hetzelfde blijven wanneer een proces optreedt.Geen van deze veronderstellingen kan worden vervuld onder natuurlijke omstandigheden, maar ze zijn nuttig bij het bepalen van de maximale efficiëntie.

Vier processen herhalen in een carnot warmtecyclus.De eerste is een isotherme uitbreiding .Isotherm betekent dat de temperatuur tijdens het hele proces hetzelfde blijft.Volume neemt toe en de druk neemt tijdens dit af en de energie wordt aan het systeem toegevoegd.

Het volgende proces dat bekend staat als een adiabatische expansie .In adiabatische processen wordt geen warmte gewonnen of verloren door het systeem.Veranderingen in temperatuur treden op als gevolg van veranderingen in druk en volume.Voor deze specifieke stap wordt de druk verlaagd en wordt het volume verhoogd, om de temperatuur te verlagen.

derde is een isotherme compressie .De druk neemt toe en het volume neemt af tijdens dit proces en energie wordt uit het systeem verwijderd.Ten slotte wordt een adiabatische compressie uitgevoerd om het systeem terug te brengen naar zijn oorspronkelijke status.De druk wordt verhoogd en het volume wordt verlaagd om de temperatuur te verhogen.

Vanwege de veronderstelling dat er tijdens de carnotcyclus geen verandering in entropie is, kan deze eindeloos worden uitgevoerd en elke keer dezelfde hoeveelheid energie behoudenoriginele staat.Er is echter nog wat entropie, zelfs in dit geïdealiseerde systeem, wat betekent dat het niet 100% efficiënt kan zijn.De werkelijke efficiëntie van een Carnot -warmtecyclus kan worden berekend met behulp van de maximale en minimumtemperaturen, op de temperatuurschaal van absolute of Kelvin (K).In deze vergelijking wordt de minimumtemperatuur van het maximum afgetrokken en wordt dit aantal vervolgens gedeeld door de maximale temperatuur.