Vad är Carnot -värmecykeln?

Carnot -värmecykeln, mer korrekt kallad Carnot -cykeln, är en idealiserad termodynamisk cykel som används för att bestämma maximal möjlig effektivitet för en värmemotor som arbetar mellan två givna temperaturer.Det används för teoretiska ändamål, men kan faktiskt inte fungera i fysiska system.Även om en motor i teorin skulle kunna konstrueras som fungerar nära maximal effektivitet, är värmeöverföring i cykeln för långsam för att det ska vara ett praktiskt system.Huvudvärdet på Carnot -cykeln ligger i att fastställa maximal effektivitet för andra typer av värmemotorer.

Två antaganden görs för att konstruera Carnot -värmecykeln för att ge den maximal möjlig effektivitet och mdash;Alla processer är reversibla och det sker ingen förändring i entropi.En reversibel process är en som kan återlämnas till sitt ursprungliga tillstånd utan energiförlust. Entropi är mängden energi i ett system som inte är tillgängligt att göra arbete.Enligt den andra lagen om termodynamik måste mängden entropi i ett system öka eller förbli detsamma när en process inträffar.Ingen av dessa antaganden kan uppfyllas under naturliga förhållanden, men de är användbara för att bestämma maximal effektivitet.

Fyra processer upprepas i en Carnot -värmecykel.Den första är en isotermisk expansion .Isotermiskt innebär att temperaturen förblir densamma under hela processen.Volymen ökar och tryck minskar under detta och energi läggs till systemet.

Nästa process i känd som en

adiabatisk expansion .I adiabatiska processer erhålls eller förloras ingen värme av systemet.Temperaturförändringar sker på grund av förändringar i tryck och volym.För detta specifika steg minskas trycket och volymen ökas för att minska temperaturen.

Tredje är en

isotermisk kompression .Trycket ökar och volymen minskar under denna process och energi tas bort från systemet.Slutligen utförs en adiabatisk komprimering för att återlämna systemet till sitt ursprungliga tillstånd.Trycket ökas och volymen minskar för att öka temperaturen.

På grund av antagandet att det inte finns någon förändring i entropi under Carnot -cykeln, kan den utföras oändligt och upprätthålla samma mängd energi varje gång den återvände till dessOriginalstat.Det finns fortfarande en del entropi även i detta idealiserade system, vilket innebär att det inte kan vara 100% effektivt.Den faktiska effektiviteten för en Carnot -värmecykel kan beräknas med hjälp av dess maximala och minsta temperaturer, på den absoluta eller Kelvin (k) temperaturskalan.I denna ekvation subtraheras minimitemperaturen från det maximala, och detta antal delas sedan med den maximala temperaturen.