Hva er Carnot-syklusen?

Carnot-syklusen er en idealisert termodynamisk syklus som beskriver en perfekt varmemotor. Alle ekte varmemotorer er ufullkomne tilnærminger av den teoretiske perfeksjonen som Carnot-syklusen har. I Carnot-syklusen konverteres ikke all varmeenergi til mekanisk arbeid, men en stor del er den største delen som er tillatt etter fysisk lov.

En varmemotor produserer arbeid fra temperaturforskjellen til to reservoarer. I en forbrenningsmotor er det ene reservoaret varmen som skapes inne i motoren ( kilden ), og den andre er de ytre omgivelsene ( vasken ). Varmen som genereres av kilden får gassen i sylinderen til å ekspandere, og driver et stempel som fungerer. Den termodynamiske tilstanden til gassen - ekspanderende, men med konstant temperatur - kalles isotermisk .

Etter hvert fjernes varmekilden, og gassen slutter å ekspandere så raskt. Hvis varmen ble holdt på kontinuerlig, ville sylinderen eksplodere. Gassen begynner å miste temperaturen når den når sitt maksimale volum og virker ikke mer på stempelet. Dette kalles den adiabatiske ekspansjonen av gassen. Deretter vender stemplet kursen, komprimerer gassen, til den begynner å oppnå en maksimal temperatur og fysisk motstand på grunn av varmen det inneholder, og setter systemet tilbake i starttilstand. Så begynner syklusen igjen.

Det er mange forskjellige typer varmemotorer. Alt jobber med den kjente temperaturgradienten mellom en kilde og en vask. For å maksimere effektiviteten til varmemotorer, må de være godt isolert. I de fleste motorer som brukes i dag, forblir gassen en gass gjennom hele syklusen, men i dampmotorer skjer det en faseendring mellom væske og gass.

I en perfekt Carnot-syklus skjer alle fire trinn veldig sakte for å minimere entropien, eller termodynamisk irreversibilitet, som er skapt av prosessen. I virkeligheten skrider trinnene raskt, og entropi genereres, noe som betyr at syklusen ikke kan fortsette for alltid. Veggene i sylinderen forringes, varme fra motorens indre går tapt for ytre omgivelser, og så videre. Carnot-syklusen kan kjøres i revers for å lage et kjøleskap.