Vad är Carnot Heat Cycle?

December 4

Carnot värme cykel, mer korrekt kallas Carnot cykeln, är en idealiserad termodynamisk cykel som används för att bestämma det högsta möjliga effektivitet för en värmemotor som arbetar mellan två givna temperaturer. Det används för teoretiska ändamål, men kan faktiskt inte fungera i fysikaliska system. Även i teorin skulle en motor konstrueras arbetar nära maximal effektivitet, är värmeöverföring i cykeln för långsam för att det ska vara ett praktiskt system. Det huvudsakliga värdet av Carnot cykeln ligger i att skapa maximal effektivitet för andra typer av värmemotorer.

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

Fyra processer upprepar i en Carnot värmecykel. Den första är en isotermisk expansion. "Isotermisk" innebär att temperaturen förblir densamma under hela processen. Volymökningar och trycket sjunker under detta, och energi läggs till i systemet.

Nästa process i känd som en adiabatisk expansion. I adiabatiska processer, ingen värme vunnit eller förlorat av systemet. Ändringar i temperatur uppstå på grund av förändringar i tryck och volym. För detta särskilda steg, är trycket minskas, och volymen ökas, i syfte att sänka temperaturen.

Tredje är en isoterm kompression. Trycket ökar och volymen minskar under denna process, och energin tas bort från systemet. Slutligen en adiabatisk kompression utförs för att återställa systemet till sitt ursprungliga skick. Trycket ökas och volym minskas för att höja temperaturen.

På grund av antagandet att det inte finns någon förändring i entropi under Carnot cykeln, kan det göras oändligt och behålla samma mängd energi varje gång man återgått till sitt ursprungliga tillstånd. Det finns fortfarande några entropi även i detta idealiserade system är emellertid, vilket innebär att det inte kan vara 100% effektiv. Själva effektiviteten i en Carnot värmecykel kan beräknas med hjälp av dess högsta och lägsta temperaturer, på den absoluta eller Kelvin (K) temperaturskala. I denna ekvation är den lägsta temperatur subtraheras från den maximala, och detta antal divideras sedan med den maximala temperaturen.