Carnot-ciklus - studopediya
A termodinamika, a Carnot-ciklus vagy eljárás Carnot - reverzibilis ciklikus folyamat, amely dvuhadiabaticheskih és két izotermikus folyamat. A Carnot folyamat termodinamikai rendszer végrehajtja a mechanikai munka és hő kicserélt két hő tározók, állandó, de különböző hőmérsékleten. A tartály ennél magasabb hőmérsékleten az úgynevezett egy fűtőtest és egy alacsonyabb hőmérsékletű - hűtőszekrényben.
Carnot-ciklus után nevezték el a francia tudós és mérnök Sadi Carnot, aki először leírta esszéjében: „A hajtóerő a tűz és a gépeken, hogy kialakulhat ez az erő” 1824-ben.
Mivel a reverzibilis folyamatok végrehajtása csak végtelenül lassú hőerőmű gép a Carnot-ciklus nulla. Teljesítmény tényleges hő motorok nem lehet nulla, így a tényleges folyamatokat megközelítheti az ideális reverzibilis Carnot folyamat csak egy kisebb vagy nagyobb fokú pontosság. A Carnot-ciklus hőerőgép alakítja hő munkát a lehető legnagyobb hatékonyságot minden hő motorokhoz, amelyekben a legnagyobb és a legkisebb hőmérséklet a működési ciklus egybeesik a fűtő és hűtő hőmérséklet a Carnot-ciklus.
Carnot Cycle T-s koordinátákat
Az egyik a koordinátákat ebben a táblázatban az entrópia - s.
Entrópia által kifejezett funkció:
ahol q - Összefoglalva hőt a munkaközeg, T - a hőmérséklet izotermikus folyamat.
A Carnot-ciklus T, S - diagram Összefoglalva Q1 és Q2 fenntartva hőt a munkaközeg képviseli alatti terület izoterm folyamatokat, amelyek megfelelnek az téglalapok oldalai: Q1 - T1 és # 916; s, Q2 - T2 és # 916; s. Az értékek a Q1 és Q2 által meghatározott izotermikus folyamat:
Dolgozz Carnot ciklus különbséggel egyenlő hő elvonatkoztatott és összesítése
Összhangban az utolsó kifejezés kapnak a művelet csak, ha a hőmérséklet-különbség a hideg és meleg hőforrás. A maximális elméleti Carnot ciklus művelet lenne a T2 = 0, de, mint a hideg forrás hőerőgépek, jellemzően a környezet (víz, levegő) hőmérsékleten mintegy 300 K Ezen túlmenően, a elérését abszolút nulla a természetben lehetetlen (ezt a tényt Arra utal, hogy a harmadik főtétele). Így a Carnot-ciklus nem a teljes hő Q1 alakítjuk munka, de csak annak egy részét, után megmaradó munkahelyek hő q2, mivel a hideg forrás, és előre meghatározott T1 és T2, hogy nem lehet használni a munka, a mennyiség Q2 jelentése hőveszteség (termikus ejekciós) ciklusban.
Hagyja, hogy a hőerőgép tartalmaz: 1) a hőmérséklet a fűtés. 2) a hűtőszekrény hőmérséklet és 3) a dolgozó testet.
Carnot ciklus négy reverzibilis szakaszban, melyek közül kettő végzett állandó hőmérsékleten (izotermikus) és a két - állandó entrópia (adiabatikusan). Ezért, Carnot ciklus, amely képviseli a koordináták T (hőmérséklet) és S (entrópia).
1. izotermikus expanzió (az 1. ábrán eljárás A → B). Az elején a munkaközeg hőmérséklete. azaz a hőmérséklet a fűtés. A testet ezután érintkezésbe hozzuk egy fűtőtest, amely izotermikus (állandó hőmérsékletű) közvetíti a hőmennyiség is. Ebben az esetben a munkaközeg térfogata növekszik, elvégzi a mechanikai munka, de az entrópia növekszik.
2. adiabatikus (1. ábra -. Az eljárás B → C). A munkaközeg leválasztják a fűtés és a továbbra is bővíteni nélkül hőcsere a környezettel. Ha a testhőmérséklet csökken a hűvösebb hőmérséklet. szervezet látja mechanikai munka és az entrópia állandó marad.
3. izotermikus kompresszió (1. ábra -. B eljárás → D). A munkaközeg, amelynek a hőmérséklete. érintkezésbe kerül, ahol hűtőszekrény és kezd izotermikusan sűrített külső erő, ami egy hűtőszekrény hőmennyiség. Teste felett munkát, annak entrópia csökken.
4. Az adiabatikus kompressziós (1. ábra -. Eljárás R →). A munkaközeg leválasztják a hűtőszekrényből, és préseljük egy külső erő nélkül hőcsere a környezettel. Ebben az esetben a hőmérséklet eléri a hőmérsékleten a fűtést, munkát, annak entrópiája állandó marad a szervezetben.
A hőmennyiség kapott a melegítő munkaközeg során izotermikus expanzió, egyenlő
.
Hasonlóképpen, az izotermikus kompresszió hűtőszekrény munkaközeg ad
.
Ezért a hatékonyság a Carnot hőerőgép jelentése
.
Ezért a maximális hatékonyság bármilyen hőerőgép nem haladhatja meg a hatékonyságát a Carnot hőerőgép működő ugyanazon hőmérsékleten a fűtő és a hűtő. Ez a megállapítás az úgynevezett második tétel Carnot. Ez adja meg a felső határt a hatékonyság minden hőerőgép, és lehetővé teszi, hogy értékelje az eltérés a tényleges hatékonyságát a maximális, azaz az energiaveszteség miatt nem ideális termikus eljárások.
Carnot Cycle is képviselheti P és a koordináták (munkaközeg nyomás) és V (a hangerőt a munkafolyadék). Magától értetődik, hogy a munkaközeg - a gőzturbina vagy gáz a hengerben a belső égésű motor.
Ábra. 2. Carnot-ciklus a P és V koordinátákat
Ciklus reverzibilis volt, hőátadás ott kell zárni, ha van egy hőmérséklet-különbség, egyébként a feltétel megsértése esetén adiabatikus folyamat. Ezért, a hőátadó kell elvégezni akár az izotermikus eljárásokban (mint a Carnot-ciklus), vagy a folyamat egyenlő távolságú (generalizált Carnot-ciklus, vagy például, egy speciális esete Brayton ciklus). Annak érdekében, hogy módosítsa a munkaközeg melegítő hőmérsékletét a hőmérséklet a hűtő és vissza, akkor kell használni, vagy adiabatikus folyamatok (ezek nélkül a hőt, és így nem érintik az entrópia), vagy hurkokat hővisszanyerős amelynél nem hőátadás hőmérséklet különbség. Arra a következtetésre jutottunk, hogy minden reverzibilis ciklus lehet csökkenteni a Carnot-ciklus.
Egy példa a reverzibilis ciklus nem Carnot-ciklus, de szervesen egybeesik vele, ideális Stirling ciklusú a Stirling-motor regenerátor hozzá, amely teljes közelítése Carnot ciklus ciklus elérése reverzibilitásának és hatékonysága azonos mennyiségben.
Ha a hurok van hőátadás jelenlétében a hőmérséklet-különbség, és ezek mind műszaki végrehajtási termodinamikai ciklusban a ciklus elveszti tulajdonát reverzibilitásra. Más szóval, a kiosztott a ciklusban gépi munka lehetetlenné válik, így az eredeti meleget. A hatékonyság ilyen ciklus mindig kevesebb, mint a hatékonyság a Carnot-ciklus.