Co je Carnotův tepelný cyklus?
Tepelný cyklus Carnot, přesněji nazývaný Carnotův cyklus, je idealizovaný termodynamický cyklus, který se používá k určení maximální možné účinnosti tepelného motoru pracujícího mezi dvěma danými teplotami. Používá se pro teoretické účely, ale ve skutečnosti nemůže fungovat ve fyzických systémech. Ačkoli teoreticky by mohl být motor konstruován tak, aby fungoval téměř na maximální účinnost, přenos tepla v cyklu je příliš pomalý na to, aby byl praktickým systémem. Hlavní hodnota Carnotova cyklu spočívá ve stanovení maximální účinnosti pro jiné typy tepelných motorů.
Při konstrukci Carnotova tepelného cyklu jsou učiněny dva předpoklady, aby byla zajištěna maximální možná účinnost - všechny procesy jsou reverzibilní a nedochází ke změně entropie. Reverzibilní proces je proces, který lze vrátit do původního stavu bez ztráty energie. Entropie je množství energie v systému, které není k dispozici pro práci. Podle druhého termodynamického zákona musí být množství entropie v systému, když dojde k procesu, zvýšené nebo stejné. Ani jeden z těchto předpokladů nemůže být splněn za přírodních podmínek, ale jsou užitečné při určování maximální účinnosti.
V tepelném cyklu Carnot se opakují čtyři procesy. Prvním je izotermická expanze . „Izotermální“ znamená, že teplota během procesu zůstává stejná. Během toho se zvyšuje objem a tlak se snižuje a do systému se přidává energie.
Další proces známý jako adiabatická expanze . V adiabatických procesech systém nezískává ani neztrácí teplo. Ke změnám teploty dochází v důsledku změn tlaku a objemu. V tomto konkrétním kroku se tlak sníží a objem se zvýší, aby se snížila teplota.
Třetí je izotermická komprese . Během tohoto procesu se zvyšuje tlak a objem klesá a ze systému se odebírá energie. Nakonec se provede adiabatická komprese, aby se systém vrátil do původního stavu. Tlak se zvyšuje a objem se snižuje, aby se zvýšila teplota.
Vzhledem k předpokladu, že během Carnotova cyklu nedochází k žádné změně entropie, mohla by být provedena nekonečně a udržovat stejné množství energie pokaždé, když se vrátí do svého původního stavu. I v tomto idealizovaném systému však stále existuje určitá entropie, což znamená, že nemůže být 100% efektivní. Skutečnou účinnost tepelného cyklu Carnot lze vypočítat pomocí jeho maximální a minimální teploty v absolutní nebo Kelvinově (K) teplotní stupnici. V této rovnici se minimální teplota odečte od maxima a toto číslo se pak vydělí maximální teplotou.