Что такое тепловой цикл Карно?

Тепловой цикл Карно, более правильно называемый циклом Карно, представляет собой идеализированный термодинамический цикл, который используется для определения максимально возможной эффективности теплового двигателя, работающего между двумя заданными температурами. Он используется в теоретических целях, но на самом деле не может работать в физических системах. Хотя теоретически двигатель может быть сконструирован так, чтобы работать с максимальной эффективностью, передача тепла в цикле слишком медленная, чтобы быть практической системой. Основная ценность цикла Карно заключается в установлении максимальной эффективности для других типов тепловых двигателей.

Два предположения сделаны при построении теплового цикла Карно, чтобы дать ему максимально возможную эффективность - все процессы обратимы, и энтропия не изменяется. Обратимый процесс - это процесс, который можно вернуть в исходное состояние без потери энергии. Энтропия - это количество энергии в системе, которое недоступно для работы. Согласно второму закону термодинамики, количество энтропии в системе должно увеличиваться или оставаться неизменным, когда происходит процесс. Ни одно из этих предположений не может быть выполнено в естественных условиях, но они полезны при определении максимальной эффективности.

Четыре процесса повторяются в тепловом цикле Карно. Первое - это изотермическое расширение . «Изотермический» означает, что температура остается неизменной на протяжении всего процесса. При этом увеличивается объем и уменьшается давление, а в систему добавляется энергия.

Следующий процесс известен как адиабатическое расширение . В адиабатических процессах система не получает и не теряет тепло. Изменения температуры происходят из-за изменений давления и объема. На этом конкретном этапе давление уменьшается, а объем увеличивается, чтобы снизить температуру.

В-третьих, это изотермическое сжатие . Во время этого процесса давление увеличивается, а объем уменьшается, а энергия удаляется из системы. Наконец, выполняется адиабатическое сжатие, чтобы вернуть систему в исходное состояние. Давление увеличивается, а объем уменьшается, чтобы повысить температуру.

Из-за предположения, что энтропия не изменяется во время цикла Карно, она может выполняться бесконечно и поддерживать одинаковое количество энергии каждый раз, когда она возвращается в исходное состояние. Однако даже в этой идеализированной системе сохраняется некоторая энтропия, что означает, что она не может быть на 100% эффективной. Фактическая эффективность теплового цикла Карно может быть рассчитана с использованием его максимальной и минимальной температур по шкале абсолютных или Кельвин (К) температур. В этом уравнении минимальная температура вычитается из максимальной, а затем это число делится на максимальную температуру.