Hva er Carnot Heat Cycle?

Carnot-varmesyklusen, mer korrekt kalt Carnot-syklusen, er en idealisert termodynamisk syklus som brukes til å bestemme maksimal mulig effektivitet for en varmemotor som opererer mellom to gitte temperaturer. Det brukes til teoretiske formål, men kan ikke fungere i fysiske systemer. Selv om det i teorien kan konstrueres en motor som fungerer nær maksimal virkningsgrad, er varmeoverføring i syklusen for treg til at det er et praktisk system. Hovedverdien av Carnot-syklusen ligger i å etablere maksimal effektivitet for andre typer varmemotorer.

Det legges til grunn to forutsetninger for å konstruere Carnot-varmesyklusen, for å gi den maksimal mulig effektivitet - alle prosessene er reversible, og det er ingen endring i entropi. En reversibel prosess er en som kan returneres til sin opprinnelige tilstand uten tap av energi. Entropi er mengden energi i et system som ikke er tilgjengelig for å utføre arbeid. I henhold til den andre termodynamikkloven må mengden entropi i et system øke eller forbli den samme når en prosess oppstår. Ingen av disse forutsetningene kan oppfylles under naturlige forhold, men de er nyttige for å bestemme maksimal effektivitet.

Fire prosesser gjentas i en Carnot-varmesyklus. Den første er en isoterm ekspansjon . 'Isotermisk' betyr at temperaturen forblir den samme gjennom hele prosessen. Volum øker og trykket reduseres i løpet av dette, og energi tilføres systemet.

Den neste prosessen i kjent som en adiabatisk utvidelse . I adiabatiske prosesser blir ingen varme oppnådd eller mistet av systemet. Endringer i temperatur skjer på grunn av endringer i trykk og volum. For dette trinnet reduseres trykket, og volumet økes for å senke temperaturen.

For det tredje er en isotermisk kompresjon . Trykket øker og volumet synker under denne prosessen, og energi fjernes fra systemet. Til slutt utføres en adiabatisk komprimering for å returnere systemet til sin opprinnelige tilstand. Trykket økes og volumet reduseres for å øke temperaturen.

På grunn av antagelsen om at det ikke er noen endring i entropi under Carnot-syklusen, kan den utføres uendelig og opprettholde den samme mengden energi hver gang den kom tilbake til sin opprinnelige tilstand. Selv i dette idealiserte systemet er det fortsatt noe entropi, noe som betyr at det ikke kan være 100% effektivt. Den faktiske virkningsgraden for en Carnot-varmesyklus kan beregnes ved å bruke dens maksimale og minimale temperaturer, på den absolutte eller Kelvin (K) temperaturskalaen. I denne ligningen trekkes minimumstemperaturen fra det maksimale, og dette tallet blir deretter delt med maksimaltemperaturen.