Vad är Carnot Heat Cycle?

Carnot-värmecykeln, mer korrekt kallat Carnot-cykeln, är en idealiserad termodynamisk cykel som används för att bestämma maximal möjlig verkningsgrad för en värmemotor som arbetar mellan två givna temperaturer. Det används för teoretiska ändamål, men kan inte fungera i fysiska system. Även om en teori i teorin kan konstrueras som fungerar nära maximal verkningsgrad, är värmeöverföringen i cykeln för långsam för att den ska vara ett praktiskt system. Huvudvärdet för Carnot-cykeln ligger i att fastställa maximal effektivitet för andra typer av värmemotorer.

Två antaganden görs vid konstruktion av Carnot-värmecykeln för att ge den högsta möjliga effektivitet - alla processer är reversibla och ingen förändring i entropin. En reversibel process är en som kan återföras till sitt ursprungliga tillstånd utan energiförlust. Entropi är mängden energi i ett system som inte är tillgängligt för arbete. Enligt termodynamikens andra lag måste mängden entropi i ett system öka eller förbli densamma när en process sker. Inget av dessa antaganden kan uppfyllas under naturliga förhållanden, men de är användbara för att bestämma maximal effektivitet.

Fyra processer upprepas i en Carnot-värmecykel. Den första är en isotermisk expansion . "Isotermisk" betyder att temperaturen förblir densamma under hela processen. Volymen ökar och trycket minskar under detta, och energi läggs till systemet.

Nästa process i känd som en adiabatisk expansion . I adiabatiska processer erhålls eller förloras ingen värme av systemet. Förändringar i temperatur inträffar på grund av förändringar i tryck och volym. För detta specifika steg sänks trycket och volymen ökas för att sänka temperaturen.

För det tredje är en isotermisk kompression . Trycket ökar och volymen minskar under denna process och energi tas bort från systemet. Slutligen utförs en adiabatisk komprimering för att återställa systemet till sitt ursprungliga tillstånd. Trycket ökar och volymen minskas för att höja temperaturen.

På grund av antagandet att det inte sker någon förändring i entropin under Carnot-cykeln, kan den utföras oändligt och upprätthålla samma mängd energi varje gång den återvände till sitt ursprungliga tillstånd. Det finns fortfarande en viss entropi även i detta idealiserade system, vilket betyder att det inte kan vara 100% effektivt. Den faktiska effektiviteten för en Carnot-värmecykel kan beräknas med hjälp av dess maximala och lägsta temperaturer, på den absoluta eller Kelvin (K) temperaturskalan. I denna ekvation subtraheras minimitemperaturen från det maximala, och detta tal divideras sedan med den maximala temperaturen.