Jaki jest cykl cieplny Carnot?

Cykl cieplny Carnot, bardziej odpowiednio nazywany cyklem Carnota, jest wyidealizowanym cyklem termodynamicznym, który służy do określenia maksymalnej możliwej wydajności silnika ciepła działającego między dwiema danymi temperaturami. Jest używany do celów teoretycznych, ale nie może działać w systemach fizycznych. Chociaż teoretycznie silnik może być zbudowany działający prawie maksymalna wydajność, transfer ciepła w cyklu jest zbyt wolny, aby był systemem praktycznym. Główna wartość cyklu Carnota polega na ustaleniu maksymalnej wydajności dla innych rodzajów silników cieplnych.

Przyjęto dwa założenia przy budowie cyklu cieplnego Carnot, aby zapewnić maksymalną możliwą wydajność - wszystkie procesy są odwracalne i nie ma zmiany entropii. Proces odwracalny jest taki, który można zwrócić do pierwotnego stanu bez utraty energii. Entropy to ilość energii w systemie niedostępnym do pracy. Zgodnie z drugim prawem termodynamiki, ilość entropii w systemie musi wzrosnąć lub pozostać taka sama, gdy nastąpi proces. Żadne z tych założeń nie można spełnić w warunkach naturalnych, ale są one przydatne w określaniu maksymalnej wydajności.

Cztery procesy powtarzają się w cyklu ciepła Carnot. Pierwszy to ekspansja izotermiczna . „Izotermal” oznacza, że ​​temperatura pozostaje taka sama w trakcie procesu. Wzrasta objętość i zmniejsza się ciśnienie, a do systemu dodaje się energię.

Kolejny proces znany jako ekspansja adiabatyczna . W procesach adiabatycznych system nie jest uzyskiwany ani utracony przez system. Zmiany temperatury zachodzą z powodu zmian ciśnienia i objętości. W tym konkretnym etapie ciśnienie jest zmniejszane, a objętość zwiększa się, aby zmniejszyć temperaturę.

Trzeci jest kompresja izotermiczna . Wzrasta ciśnienie i zmniejsza się objętość podczas tego PROcess i energia są usuwane z systemu. Wreszcie wykonuje się kompresję adiabatyczną , aby zwrócić system do jego pierwotnego stanu. Ciśnienie jest zwiększane, a objętość zmniejsza się w celu zwiększenia temperatury.

Ze względu na założenie, że nie ma zmiany entropii podczas cyklu Carnota, można ją wykonać bez końca i utrzymywać taką samą ilość energii za każdym razem, gdy powraca do pierwotnego stanu. Jednak w tym wyidealizowanym systemie wciąż istnieje pewna entropia, co oznacza, że ​​nie może być w 100% wydajna. Rzeczywista wydajność cyklu cieplnego Carnot można obliczyć za pomocą jego maksymalnych i minimalnych temperatur w skali temperatury bezwzględnej lub kelvin (k). W tym równaniu minimalna temperatura jest odejmowana od maksimum, a liczba ta jest następnie podzielona przez maksymalną temperaturę.