Vad är Carnot-cykeln?
Carnot-cykeln är en idealiserad termodynamisk cykel som beskriver en perfekt värmemotor. Alla verkliga värmemotorer är ofullkomna tillnärmningar av den teoretiska perfektion som förkroppsligas av Carnot-cykeln. I Carnot-cykeln omvandlas inte all värmeenergi till mekaniskt arbete, men en stor del är den största delen som tillåts enligt fysisk lag.
En värmemotor producerar arbete från temperaturskillnaden i två reservoarer. I en förbränningsmotor är en behållare värmen som skapas inuti motorn ( källan ), och den andra är den yttre omgivningen ( diskbänken ). Värmen som alstras av källan får gasen inuti cylindern att expandera och driver en kolv som fungerar. Gasens termodynamiska tillstånd - som expanderar, men med en konstant temperatur - kallas isotermisk .
Så småningom tas värmekällan bort och gasen slutar expandera så snabbt. Om värmen höll på kontinuerligt skulle cylindern explodera. Gasen börjar förlora temperaturen när den når sin maximala volym och arbetar inte mer med kolven. Detta kallas adiabatisk expansion av gasen. Sedan vänder kolven tillbaka och komprimerar gasen tills den börjar nå en maximal temperatur och fysisk motstånd på grund av värmen som den innehåller och sätter tillbaka systemet i sitt startläge. Sedan börjar cykeln igen.
Det finns många olika typer av värmemotorer. Allt arbetar med den välkända temperaturgradienten mellan en källa och ett handfat. För att maximera effektiviteten hos värmemotorerna måste de vara välisolerade. I de flesta motorer som används idag förblir gasen gas under hela cykeln, men i ångmotorer sker en fasändring mellan vätska och gas.
I en perfekt Carnot-cykel händer alla fyra steg mycket långsamt, för att minimera entropin eller termodynamisk irreversibilitet som skapas av processen. I verkligheten fortskrider stegen snabbt och entropi genereras, vilket betyder att cykeln inte kan fortsätta för evigt. Väggarna i cylindern försämras, värmen från motorns insida går vilse till externa omgivningar, och så vidare. Carnot-cykeln kan köras bakåt för att skapa ett kylskåp.