Vad är Carnot -cykeln?

Carnot -cykeln är en idealiserad termodynamisk cykel som beskriver en perfekt värmemotor.Alla verkliga värmemotorer är ofullkomliga approximationer 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 för två reservoarer.I en förbränningsmotor är en reservoar värmen som skapas inuti motorn ( källa ), och den andra är de yttre omgivningarna ( sjunka ).Värmen som genereras av källan får gasen inuti cylindern att expandera och driva en kolv som fungerar.Gasens termodynamiska tillstånd - expanderar, men med en konstant temperatur - kallas isotermisk .

Så småningom tas värmekällan bort och gasen slutar expandera så snabbt.Om värmen fortsatte kontinuerligt skulle cylindern explodera.Gasen börjar förlora temperaturen när den når sin maximala volym och gör inte mer arbete med kolven.Detta kallas den adiabatiska expansionen av gasen.Sedan vänder kolven och komprimerar gasen tills den börjar nå en maximal temperatur och fysiskt motstånd på grund av värmen den innehåller, vilket sätter tillbaka systemet i sitt starttillstånd.Sedan börjar cykeln igen.

Det finns många olika typer av värmemotorer.Allt arbetar med den bekanta temperaturgradienten mellan en källa och en diskbänk.För att maximera effektiviteten hos värmemotorer måste de vara väl isolerade.I de flesta motorer som används idag förblir gasen en gas under hela cykeln, men i ångmotorer sker en fasförändring mellan vätska och gas.

I en perfekt carnot -cykel inträffar alla fyra steg mycket långsamt, för att minimera entropin, ellerTermodynamisk irreversibilitet, skapad av processen.I verkligheten utvecklas stegen snabbt och entropi genereras, vilket innebär att cykeln inte kan fortsätta för alltid.Cylinderns väggar bryts ned, värme från motorns inre går vilse till yttre omgivningar och så vidare.Carnot -cykeln kan köras omvänd för att skapa ett kylskåp.