CARNOT Cyklus
Nicolas Léonard Sadi-Carnot, en fransk maskiningeniør, videnskabsmand og fysiker, introducerede en varmemotor kendt som Carnot Engine i bogen ”Reflections on the Motive Power of Fire. Det fører til at være grundlaget for den anden lov om termodynamik og entropi. Carnots bidrag indeholder en bemærkning, der gav ham titlen ”Far til termodynamik.
Indholdsfortegnelse
Carnot-cyklus i termodynamik | arbejdsprincippet i Carnot - cyklussen ideel Carnot cyklus | Carnot cyklus termodynamik | Definition af carnot-cyklus | Carnot-cyklus-arbejdsprincip luftstandard Carnot cyklus | Carnot cyklus reversibel.
Carnot-cyklus er den teoretiske cyklus, der fungerer under to termiske reservoirer (Th & Tc), der gennemgår kompression og ekspansion samtidigt.
Den består af fire reversible processer, hvoraf to er isotermiske, dvs. konstant temperatur efterfulgt skiftevis af to reversible adiabatisk proceses.
Arbejdsmediet, der anvendes i Sadi-Carnot-cyklussen, er atmosfærisk luft.
Varmetilsætning og varmeafvisning udføres ved en konstant temperatur, men ingen faseændring overvejes.
Betydningen af Carnot Cycle
Opfindelsen af Carnot cyklus var et meget stort skridt i termodynamikens historie. For det første gav det teoretisk bearbejdning af varmemotor, der blev brugt til design af en faktisk varmemotor. Derefter vender vi cyklen, og vi får køleeffekt (nævnt nedenfor).
Carnot cyklus arbejde mellem to termiske reservoirer (Th & Tc), og dens effektivitet afhænger kun af denne temperatur og afhænger ikke af væsketypen. Det er Carnots cykluseffektivitet er uafhængig af væske.
Carnot cyklus pv-diagram | Carnot cyklus ts diagram | pv og ts diagram over Carnot cyklus | Carnot cyklus pv ts | Carnot cyklus graf | Carnot cyklus pv diagram forklaret | Carnot cyklus ts diagram forklaret
Process 1-2: Isoterm ekspansion
I denne proces ekspanderes luften med konstant temperatur, mens den vinder.
Det vil sige, varmetilsætning med konstant temperatur finder sted.
Ekspansion => tryk ↑ => resultater Temperatur ↓
Varmetilsætning => Temperatur ↑
Derfor forbliver temperaturen konstant
Process 2-3: Reversibel adiabatisk ekspansion
I denne proces ekspanderes luften og holder entropien konstant og uden varmeinteraktion.
Det er ingen ændring i entropi, og systemet er isoleret
Vi får arbejdsoutput i denne proces
Fremgangsmåde 3-4: isoterm kompression
I denne proces komprimeres luften med en konstant temperatur, mens den mister varme.
Det vil sige, varmeafvisning med konstant temperatur finder sted.
Kompression => tryk ↓ => resultater: Temperatur ↑
Varmetilsætning => Temperatur ↓
Derfor forbliver temperaturen konstant
Proces 4-1: Reversibel Adiabatisk kompression
I denne proces komprimeres luften, idet entropien holdes konstant og ingen varmeinteraktion.
Det er ingen ændring i entropi, og systemet er isoleret
Vi leverer arbejde i denne proces
Carnot cyklus består af Carnot cyklus diagram Carnot cyklustrin 4 faser af Carnot cyklus | Carnot cyklus arbejde isotermisk ekspansion i Carnot - cyklussen Carnot cyklus eksperiment
Fremgangsmåde 1-2:
Ekspansionsprocessen udføres, hvor temperaturen Th holdes konstant, og varme (Qh) tilsættes til systemet. Temperaturen holdes konstant som følger: Stigningen i temperatur på grund af varmetilsætning kompenseres af temperaturfaldet på grund af ekspansion.
Derfor udføres den udførte proces så konstant temperatur, som start- og sluttemperaturen for processen er den samme.
Fremgangsmåde 2-3:
Som vi kan se, er processen reversibel (ændring i intern energi = 0) Adiabatisk (kun arbejdsoverførsel, ingen varmeinddragelse), den udførte udvidelse resulterer bare i en temperaturændring (fra Th til Tc), hvilket holder entropien konstant .
System fungerer som isoleret til denne del af udvidelsen.
Fornuftig køling finder sted.
Proces 3-4:
Kompressionsprocessen udføres, hvor temperaturen Tc holdes konstant, og varmen fjernes fra systemet. Temperaturen holdes konstant som følger: Faldet i temperatur på grund af varmeafvisning kompenseres af stigningen i temperatur på grund af kompression.
Derfor udføres den udførte proces så konstant temperatur, som start- og sluttemperaturen for processen er den samme.
Svarende til processer 1-2, men på den nøjagtige modsatte måde.
Fremgangsmåde 4-1:
Som vi kan se, er processen reversibel (ændring i intern energi = 0) Adiabatisk (kun arbejdsoverførsel, ingen varmeinddragelse), den udførte kompression resulterer bare i en temperaturændring (fra Tc til Th), hvilket holder entropien konstant .
Systemet fungerer som isoleret til denne del af komprimeringen.
Fornuftig opvarmning finder sted.
Ligninger af carnotcyklus | Carnot cyklus afledning
Process 1-2: Isoterm ekspansion
som Th holdes konstant. [Intern energi (du) = 0] (PV = K)
Qh = W,
derfor,
Process 2-3: Reversibel adiabatisk ekspansion
derfor
Også
Da processen er adiabatisk, er Q = 0
derfor W = -du
Fremgangsmåde 3-4: isoterm kompression
svarende til proces 1-2, kan vi få
som Tc holdes konstant. [Intern energi (du) = 0] (PV = K)
Qc = W,
Proces 4-1: Reversibel adiabatisk kompression
svarende til proces 2-3, kan vi få
Carnot cyklus arbejde udført afledning
Ifølge først lov om termodynamik
Wnetto = Qalt
Wnetto = Qh-Qc
Wnetto =
Afledning af entropi fra carnot-cyklus | entropiændring i carnot-cyklus | ændring i entropi carnot cyklus | afledning af entropi fra carnot-cyklus | entropiændring i carnot-cyklus
For at gøre cyklus reversibel er ændring i entropi nul (du = 0).
det betyder,
Til proces: 1-2
Til proces: 1-2
effektivitet af carnotcyklus | beregning af effektivitet af carnotcyklus | effektivitetsligning af carnotcyklus | formel for effektivitet af carnotcyklus | bevis for effektivitet af carnotcyklus | maksimal effektivitet af carnotcyklus | effektiviteten af carnotcyklus er maksimal, når | maksimal effektivitet af carnot cyklus
Carnot-cykluseffektivitet har maksimal effektivitet i betragtning af Th som det varme reservoir og Tc som et koldt reservoir for at eliminere eventuelle tab.
Det er et forhold mellem arbejdsmængden udført af varmemotoren og den mængde varme, der kræves af varmemotoren.
Som fra ovenstående ligning ved vi,
&
men
Vi kan få en effektivitet på 100%, hvis vi får afvist varme ved 0 k (T.c = 0)
Carnot har en maksimal effektivitet for alle motorer, der udfører under det samme termiske reservoir, da Carnot-cyklus fungerer reversibelt, hvilket antager, at alle tab elimineres, og at cyklen bliver en friktionsfri cyklus, hvilket aldrig er praktisk muligt.
Derfor vil alle praktiske cyklusser have mindre effektivitet end Carnot-effektivitet.
Omvendt carnot-cyklus | den omvendte carnot - cyklus | omvendt carnot kølecyklus
Omvendt Carnot-cyklus:
Da alle de processer, der udføres i Carnot-cyklussen, er reversible, kan vi få det til at fungere på en omvendt måde, dvs. at tage varme fra kroppen med lavere temperatur og dumpes til en højere temperatur, hvilket gør det til en køle-cyklus.
.
Process 1-2: Reversibel adiabatisk ekspansion
I denne proces ekspanderes luften, temperaturen reduceres til Tc, holder entropi konstant og uden varmeinteraktion.
Det er ingen ændring i entropi, og systemet er isoleret
Process 2-3: Isoterm ekspansion
I denne proces ekspanderes luften med konstant temperatur, mens den vinder. Varmen stiger fra kølelegemet ved lav temperatur. Varmetilsætning finder sted, mens temperaturen holdes (Tc) holdes konstant.
Proces 3-4: Reversibel adiabatisk kompression
I denne proces komprimeres luften og stiger temperaturen til Th, holde entropi konstant og ingen varmeinteraktion.
Det er ingen ændring i entropi, og systemet er isoleret
Fremgangsmåde 4-1: isoterm kompression
I denne proces komprimeres luften med en konstant temperatur, mens den mister varme. Varme afvises til det varme reservoir. Varmeafvisning finder sted, mens temperaturen holdes (Th) holdes konstant.
Omvendt carnot cyklus effektivitet
Effektiviteten af omvendt Carnot-cyklus betegnes som ydeevnekoefficient.
COP defineres som forholdet mellem det ønskede output og den tilførte energi.
Carnot kølecyklus | effektivitet af carnot - kølesystemet ydeevne koefficient for carnot kølecyklus | carnot cyklus køleskab effektivitet
Kølecyklussen fungerer på omvendt Carnot-cyklus. Hovedformålet med denne cyklus er at reducere temperaturen på varmekilden / det varme reservoir.
Anvendelse: Aircondition, kølesystem
Carnot cyklus varmepumpe
varmepumpe virker på omvendt Carnot-cyklus. Hovedformålet med varmepumpen er at overføre varme fra et legeme til et andet, mest fra lavere temperaturlegeme til højere temperaturlegeme ved hjælp af leveret arbejde.
Sammenligning af carnot - og rankecyklus | forskel mellem carnot og rankine cyklus
Sammenligning:
Parameter | Carnot cyklus | Rankine cyklus |
definition | Carnot cyklus er en ideel termodynamisk cyklus, der fungerer under to termiske reservoirer. | Rankine-cyklus er en praktisk cyklus af dampmaskinen og turbinen |
TS-diagram | ||
Tilsætning og afvisning af varme | Varmetilsætning og -afvisning finder sted ved en konstant temperatur. (Isoterm) | Varmetilsætning og -afvisning finder sted ved konstant tryk (isobarisk) |
Arbejdsmedium | Arbejdsmediet i Carnot er atmosfærisk luft. Enfaset system | Arbejdsmediet i Carnot er vand / damp. Håndterer to faser |
Effektivitet | Carnot-effektivitet er maksimal blandt alle cyklusser. | Rankine effektivitet er mindre end Carnot. |
ansøgning | Carnot-cyklus bruges til design af varmemotor. | Rankine-cyklus bruges til design af dampmaskine / turbine. |
Forskel mellem otto-cyklus og carnot-cyklus
Parameter | Carnot cyklus | Otto cyklus |
definition | Carnot cyklus er en ideel termodynamisk cyklus, der fungerer under to termiske reservoirer. | Otto-cyklus er en ideel termodynamisk forbrændingscyklus. |
Ts-diagram | ||
Processer | To isotermiske og to isentropiske | To isokoriske og to isentropiske. |
Tilsætning og afvisning af varme | Varmetilsætning og -afvisning finder sted ved en konstant temperatur. (Isoterm) | Varme produceres ved konstant volumen og afvises ved udstødningen. Der kræves ingen ekstern varmekilde. Det producerer varme ved kemiske processer, der er forbrændingen af en benzinluftblanding med hjælp fra tændrøret ved højt tryk. |
Arbejdsmedium | Arbejdsmediet i Carnot er atmosfærisk luft. | Der anvendes benzin og luftblanding. |
Effektivitet | Carnot-effektivitet er maksimal blandt alle cyklusser. | Otto cyklus har mindre effektivitet end Carnot-cyklus. |
ansøgning | Carnot-cyklus bruges til design af varmemotor. | Otto cyklus bruges til forbrændings SI-motor. |
Carnot cyklus irreversibel
Når Carnot-cyklussen kører adiabatic og ikke på reversibel adiabatic, kommer den under kategorien irreversibel carnot-cyklus.
Entropi holdes ikke konstant i proces 2-3 og 4-1, (ds er ikke lig med nul)
som vist nedenfor:
Arbejdsprodukter under en irreversibel cyklus er forholdsvis mindre end den reversible Carnot-cyklus
Derfor er effektiviteten af den irreversible Carnot-cyklus mindre end den reversible Carnot-cyklus.
Hvorfor Carnot cyklus er reversibel
Ifølge Carnot er Carnot-cyklussen en teoretisk cyklus, der giver maksimal effektivitet. For at opnå denne maksimale effektivitet skal vi eliminere alle tabene og betragte systemet som reversibelt.
Hvis vi overvejer tab, falder cyklussen under den irreversible kategori og vil ikke give maksimal effektivitet.
Carnot cyklus volumenforhold
&
men
Derfor holdes volumenforholdet konstant.
Fordele ved carnot cyklus
- Carnot cyklus er en ideel cyklus, der giver maksimal effektivitet blandt alle tilgængelige cykler.
- Carnot-cyklus hjælper med at designe den faktiske motor for at få maksimal ydelse.
- Det hjælper med at beslutte muligheden for en hvilken som helst cyklus at bygge. Så længe motoren opretholder mindre effektivitet end Carnot, er motoren mulig; ellers er det ikke.
Ulemper ved Carnot cyklus
- Det er umuligt at levere varme og afvise varmen ved en konstant temperatur uden faseændring i arbejdsmaterialet.
- Det er umuligt at konstruere en frem- og tilbagegående varme motor til at køre et stempel med meget langsom hastighed fra begyndelsen af ekspansionen til midten for at tilfredsstille isotermisk ekspansion og derefter meget hurtig for at hjælpe den reversible adiabatiske proces.
Hvorfor Carnot cyklus ikke bruges i kraftværk
Carnot cyklus har isoterm til adiabatisk transmission. For at udføre isoterm er vi enten nødt til at gøre processen meget langsom eller håndtere faseændring. Dernæst er reversibel adiabat, som skal udføres hurtigt for at undgå varmeinteraktion.
Derfor gør systemet vanskeligt at konstruere, da halvcyklus kører meget langsomt og den anden halvdel kører meget hurtigt.
ansøgning om carnotcyklus | eksempel på carnot-cyklus | anvendelse af carnot cyklus i det daglige liv
Termiske enheder som
- varmepumpe: at levere varme
- Køleskab: til at producere køleeffekt ved fjernelse af varme
- Dampturbine: at producere strøm dvs. termisk energi til mekanisk energi.
- Forbrændingsmotorer: at producere kraft, dvs. termisk energi til mekanisk energi.
Carnot-dampcyklus | carnot-dampcyklus
I Carnot dampcyklus fungerer damp væske
Process 1-2: Isoterm ekspansion | Opvarmning af væske ved at holde temperaturen konstant i kedlen. |
Process 2-3: Reversibel adiabatisk ekspansion | Væske ekspanderes isentropisk, dvs. entropikonstant i en turbine. |
Fremgangsmåde 3-4: isoterm kompression | Kondensering af væske ved at holde temperaturen konstant i kondensatoren. |
Proces 4-1: Reversibel adiabatisk kompression | Væske komprimeres isentropisk dvs. entropikonstant og bringes tilbage til original tilstand. |
Dens upraktiske egenskaber:
1) Det er ikke vanskeligt at tilføje eller afvise ved konstant temperatur fra tofasesystem, da opretholdelse af det ved konstant temperatur vil rette op på temperaturen til mætningsværdien. Men begrænsning af varmeafvisnings- eller absorptionsprocessen til blandet fase-væske vil påvirke cyklusens termiske effektivitet.
2) Den reversible adiabatiske ekspansionsproces kan opnås med en veldesignet turbine. Men dampkvaliteten reduceres under denne proces. Dette er ikke gunstigt, da turbiner ikke kan håndtere damp med mere end 10% væske.
3) Den reversible adiabatiske kompressionsproces involverer komprimering af en væske-dampblanding til en mættet væske. Det er svært at styre kondenseringsprocessen så præcist for at opnå tilstand 4. Det er ikke muligt at designe en kompressor, der kan håndtere blandet fase.
spørgsmål om carnotcyklus | problemer med carnotcyklus | problemer med carnot-cyklus
Q1.) Cykliske varmemotoroperatører mellem kilde ved 900 K og synke ved 380 K. a) hvad er effektiviteten? b) hvad vil varmeafvisning være pr. KW nettoudgang af motoren?
Ans = givet: ,
%
b) Varmeafvisning (Qc) pr. KW nettoudgang
Varmeafvisning pr. KW nettoudgang = 0.731 KW
Q2.) Carnotmotor, der arbejder med 40% effektivitet med kølelegeme ved 360 K. Hvad bliver temperaturen på varmekilden? Hvis motorens effektivitet øges til 55%, hvad vil det så påvirke temperaturen på varmekilden?
Ans = givet:
If
Q3.) En Carnot-motor, der arbejder med 1.5 kJ varme ved 360 K, og afviser 420 J varme. Hvad er temperaturen ved vasken?
Ans = givet: Qh= 1500 J, Th= 360 K, Qc= 420 J
FAQ
Hvad er en praktisk anvendelse af en Carnot-cyklus
- varmepumpe: at levere varme
- Køleskab: til at producere køleeffekt ved fjernelse af varme
- Dampturbine: at producere energi, dvs. termisk energi til mekanisk energi.
- Forbrændingsmotorer: at producere kraft, dvs. termisk energi til mekanisk energi.
carnot cyklus vs stirling cyklus
Stirling, Carnot-cyklusens isentropiske kompression og isentropiske ekspansionsproces erstattes af en regenereringsproces med konstant volumen. De to andre metoder er de samme som Carnot-cyklussen, det er isoterm varmetilsætning og afvisning.
Hvad er forskellen mellem en Carnot-cyklus og en omvendt Carnot-cyklus
Enkel carnot-cyklus fungerer som strømudvikling, mens reverseret carnot fungerer som strømforbrugende.
Carnot-cyklus bruges til at designe varmemotor, mens omvendt cyklus bruges til at designe varmepumpe og kølesystem.
Hvorfor carnot cyklus er mere effektiv end nogen anden ideel cyklus som otto diesel brayton ideel videobåndoptager
Carnot cyklus arbejde mellem to termiske reservoirer (Th & Tc), og dens effektivitet afhænger kun af denne temperatur og afhænger ikke af væsketypen. Det er Carnots cykluseffektivitet er uafhængig af væske.
Carnot har en maksimal effektivitet for alle motorer, der udfører under det samme termiske reservoir, da Carnot-cyklus fungerer reversibelt, hvilket antager, at alle tab elimineres, og at cyklen bliver en friktionsfri cyklus, hvilket aldrig er praktisk muligt.
Hvad er nettoændringen i entropi under en Carnot-cyklus
Nettoændring i entropi under en Carnot-cyklus er nul.
hvorfor carnot cyklus ikke er mulig
Carnot cyklus har isoterm til adiabatisk transmission. For at udføre isoterm er vi enten nødt til at gøre processen meget langsom eller håndtere faseændring.
Dernæst er reversibel adiabatisk, som skal udføres hurtigt for at undgå varmeinteraktion.
Derfor gør systemet vanskeligt at konstruere, da halvcyklus kører meget langsomt og den anden halvdel kører meget hurtigt.
hvorfor er carnot-cyklussen den mest effektive
Carnot cyklus arbejde mellem to termiske reservoirer (Th & Tc), og dens effektivitet afhænger kun af denne temperatur og afhænger ikke af væsketypen. Det er Carnots cykluseffektivitet er uafhængig af væske.
Carnot har en maksimal effektivitet for alle motorer, der udfører under det samme termiske reservoir, da Carnot-cyklus fungerer reversibelt, hvilket antager, at alle tab elimineres, og at cyklen bliver en friktionsfri cyklus, hvilket aldrig er praktisk muligt.
Hvorfor involverer Carnot-cyklussen kun den isotermiske og adiabatiske proces og ikke andre processer som isochorisk eller isobarisk
Hovedformålet med Carnot Cycle er at opnå maksimal effektivitet, hvilket fører til at gøre systemet reversibelt, så at gøre systemet reversibelt, ingen varmeinteraktionsprocesser skal jeg opretholde, dvs.
Og for at få maksimal arbejdsydelse bruger vi isoterm proces.
Hvordan er Carnot-cyklussen relateret til en Stirling-cyklus?
Stirling, Carnot-cyklusens isentropiske kompression og isentropiske ekspansionsproces erstattes af en regenereringsproces med konstant volumen. De to andre metoder er de samme som Carnot-cyklussen, det er isoterm varmetilsætning og afvisning.
Hvad sker der med effektiviteten af to Carnot-motorer, der fungerer med samme kilde og vask?
Effektivitet vil være den samme, da effektiviteten af Carnot-cyklus kun afhænger af kildens og vaskens temperatur.
Kombination af Carnot-cyklus og Carnot-køleskab
Arbejdsydelsen fra Carnot varmemotor leveret som arbejdsinput til Carnot kølesystem.
Er det nødvendigt, at køleskabe kun fungerer på Carnot-cyklus?
For at få den maksimale ydelseskoefficient (COP), teoretisk, netto vi køle cyklus til at arbejde på Carnot.
Temperaturen i to reservoirer i en Carnot-motor øges med samme mængde. Hvordan vil effektiviteten blive påvirket?
Stigningen i temperaturen for begge reservoirer i samme vil have tendens til at falde i effektivitet
Anvendelse af stand i Carnot cyklus?
Standen bruges til at udføre en adiabatisk proces. Det består af ikke-ledende materiale.
Vigtige resultater for Carnot motorcyklus?
Ethvert antal motorer, der arbejder efter Carnot-princippet og har samme kilde og vask, har samme effektivitet.
Terminal af Carnot-motor?
Carnot-motoren består af: varmt reservoir, Kold vask & Isolerende stativ.
Definition af isoleringsstativ, som er en del af Carnots motor?
Stativet bruges til at udføre en adiabatisk proces, og den består af ikke-ledende materiale.
For flere artikler om Mekanisk og termisk, besøg vores Forside.
Hej, jeg er SMV i Lambdageeks Organization, jeg er tilknyttet en førende organisation. Jeg har 12+ års erhvervserfaring på tværs af forskellige domæner. Jeg er her for at opfylde min ambition og bidrager i øjeblikket som forfatter i LambdaGeeks.