Co to jest cykl Carnota?

Cykl Carnota to wyidealizowany cykl termodynamiczny, który opisuje silnik o doskonałej temperaturze. Wszystkie prawdziwe silniki cieplne są niedoskonałymi przybliżeniami teoretycznej doskonałości zawartej w cyklu Carnota. W cyklu Carnota nie cała energia cieplna jest przetwarzana na pracę mechaniczną, ale duża część to - największa część dozwolona przez prawo fizyczne.

Silnik cieplny wytwarza pracę na podstawie różnicy temperatur dwóch zbiorników. W silniku spalinowym jeden zbiornik to ciepło wytwarzane wewnątrz silnika ( źródło ), a drugi to otoczenie zewnętrzne ( pochłaniacz ). Ciepło wytwarzane przez źródło powoduje rozszerzanie się gazu w cylindrze, napędzając działający tłok. Stan termodynamiczny gazu - rozszerzający się, ale o stałej temperaturze - nazywa się izotermiczny .

W końcu źródło ciepła zostaje usunięte, a gaz tak szybko przestaje się rozszerzać. Gdyby ciepło było utrzymywane w sposób ciągły, cylinder wybuchłby. Gaz zaczyna tracić temperaturę, gdy osiąga maksymalną objętość i nie działa już na tłok. Nazywa się to adiabatyczną ekspansją gazu. Następnie tłok cofa się, sprężając gaz, aż zacznie osiągać maksymalną temperaturę i fizyczny opór z powodu zawartego w nim ciepła, przywracając system do stanu początkowego. Następnie cykl zaczyna się od nowa.

Istnieje wiele różnych rodzajów silników cieplnych. Wszystkie prace nad znanym gradientem temperatury między źródłem a zlewem. Aby zmaksymalizować wydajność silników cieplnych, muszą być one dobrze izolowane. W większości stosowanych obecnie silników gaz pozostaje gazem przez cały cykl, ale w silnikach parowych zachodzi zmiana fazy między cieczą a gazem.

W idealnym cyklu Carnota wszystkie cztery kroki przebiegają bardzo powoli, aby zminimalizować entropię lub nieodwracalność termodynamiczną, powstałą w wyniku tego procesu. W rzeczywistości kroki postępują szybko i generowana jest entropia, co oznacza, że ​​cykl nie może trwać wiecznie. Ściany cylindra ulegają degradacji, ciepło z wnętrza silnika ginie w otoczeniu zewnętrznym i tak dalej. Cykl Carnota można uruchomić odwrotnie, aby stworzyć lodówkę.