Carnot Machine Formulas, hvordan det fungerer og applikasjoner



den Carnot maskin Det er en ideell syklisk modell hvor varme brukes til å gjøre en jobb. Systemet kan forstås som et stempel som beveger seg inne i en sylinder som komprimerer en gass. Syklusen som utøves er den av Carnot, utgitt av farmen til termodynamikk, den franske fysikeren og ingeniør Nicolas Léonard Sadi Carnot.

Carnot uttalte denne syklusen i begynnelsen av 1800-tallet. Maskinen blir utsatt for fire varianter av tilstand, vekslende forhold som temperatur og konstant trykk, hvor en volumvariasjon er påvist ved komprimering og utvidelse av gassen.

index

  • 1 formler
    • 1.1 Isotermisk ekspansjon (A → B)
    • 1.2 Adiabatisk ekspansjon (B → C)
    • 1.3 Isotermisk kompresjon (C → D)
    • 1.4 Adiabatisk kompresjon (D → A)
  • 2 Hvordan Carnot-maskinen fungerer?
  • 3 applikasjoner
  • 4 referanser

formler

Ifølge Carnot, ved å sende den ideelle maskinen til variasjoner i temperatur og trykk, er det mulig å maksimere det oppnådde utbytte.

Carnot-syklusen må analyseres separat i hver av sine fire faser: isotermisk ekspansjon, adiabatisk ekspansjon, isotermisk kompresjon og adiabatisk kompresjon.

Deretter vil formlene som er knyttet til hver av faser av syklusen som utøves i Carnot-maskinen, bli detaljert.

Isotermisk ekspansjon (A → B)

Lokalene til denne fasen er følgende:

- Gassvolum: går fra minimumsvolum til mediumvolum.

- Maskintemperatur: konstant temperatur T1, høy verdi (T1> T2).

- Maskintrykk: Nedover fra P1 til P2.

Den isotermiske prosessen innebærer at temperaturen T1 ikke varierer i løpet av denne fasen. Overføring av varme frembringer ekspansjonen av gassen, som fremkaller bevegelse på stempelet og frembringer et mekanisk arbeid.

Når du utvider, har gassen en tendens til å kjøle seg ned. Imidlertid absorberer den varmen som emitteres av temperaturkilden, og under ekspansjonen opprettholder den konstante temperaturen.

Siden temperaturen forblir konstant under denne prosessen, endres ikke den indre energien til gassen, og all varme som absorberes av gassen blir effektivt omdannet til arbeid. slik:

På den annen side er det ved slutten av denne fase av syklusen også mulig å oppnå verdien av trykket ved å bruke den ideelle gassligningen for den. På denne måten har du følgende:

I dette uttrykket:

P2: Trykk på slutten av fasen.

Vb: Volum i punkt b.

n: Antall mol gass.

R: Universell konstant av de ideelle gassene. R = 0,082 (atm * liter) / (mol * K).

T1: Absolutt innledende temperatur, Kelvin grader.

Adiabatisk ekspansjon (B → C)

Under denne fasen av prosessen skjer ekspansjonen av gassen uten at det må byttes varme. På denne måten er lokalene beskrevet nedenfor:

- Gassvolum: går fra gjennomsnittlig volum til maksimalt volum.

- Maskintemperatur: Nedover fra T1 til T2.

- Maskintrykk: konstant trykk P2.

Den adiabatiske prosessen innebærer at P2-trykket ikke varierer i løpet av denne fasen. Temperaturen senker og gassen fortsetter å ekspandere til den når sitt maksimale volum; det vil si at stemplet når toppen.

I dette tilfellet kommer arbeidet som kommer fra gassens indre energi, og verdien er negativ fordi energien minker under denne prosessen.

Forutsatt at det er en ideell gass, antar teorien at gassmolekyler kun har kinetisk energi. I følge prinsippene for termodynamikk kan dette utledes av følgende formel:

I denne formelen:

.DELTA.ub → c: Variasjon av indre energi av den ideelle gassen mellom punktene b og c.

n: Antall mol gass.

Cv: Molarens varmekapasitet.

T1: Absolutt innledende temperatur, Kelvin grader.

T2: Absolutt sluttemperatur, Kelvin grader.

Isotermisk kompresjon (C → D)

I denne fasen begynner gasskompresjonen; det vil si at stemplet beveger seg inn i sylinderen, med hvilken gassen kontrakterer volumet.

Betingelsene i denne fasen av prosessen er beskrevet nedenfor:

- Gassvolum: går fra maksimalt volum til et mellomvolum.

- Maskintemperatur: konstant temperatur T2, redusert verdi (T2 < T1).

- Maskintrykk: øker fra P2 til P1.

Her øker trykket på gassen, så det begynner å komprimere. Temperaturen forblir imidlertid konstant, og derfor er den interne energivariasjonen av gassen null.

Analogt med isotermisk ekspansjon, er arbeidet som er gjort, lik systemets varme. slik:

Det er også mulig å finne trykket på dette punktet ved hjelp av den ideelle gassligningen.

Adiabatisk kompresjon (D → A)

Det er den siste fasen av prosessen, der systemet returnerer til sine innledende forhold. For dette vurderes følgende forhold:

- Gassvolum: går fra et mellomvolum til et minimumsvolum.

- Maskintemperatur: øker fra T2 til T1.

- Maskintrykk: konstant trykk P1.

Varmekilden innlemmet i systemet i den foregående fase fjernes, slik at den ideelle gass vil øke temperaturen så lenge trykket forblir konstant.

Gassen returnerer til de opprinnelige temperaturforholdene (T1) og dens volum (minimum). Igjen er arbeidet som kommer fra gassens indre energi, så du må:

I likhet med tilfellet med adiabatisk ekspansjon er det mulig å oppnå variasjonen av gassenergi ved hjelp av følgende matematiske uttrykk:

Hvordan Carnot-maskinen fungerer?

Carnot-maskinen fungerer som en motor hvor ytelsen maksimeres ved hjelp av variasjonen av isotermiske og adiabatiske prosesser, som veksler faser av ekspansjon og forståelse av en ideell gass.

Mekanismen kan forstås som en ideell enhet som utøver et arbeid som blir utsatt for varianter av varme, gitt at det eksisterer to fokaler av temperatur.

I første fokus er systemet utsatt for en temperatur T1. Det er en høy temperatur som undertrykker systemet for å stresse og produserer gassutvidelse.

Dette resulterer igjen i utførelse av et mekanisk arbeid som gjør at stempelet kan bevege seg ut av sylinderen, og hvis stopp bare er mulig ved adiabatisk ekspansjon.

Deretter kommer det andre fokuset, hvor systemet er utsatt for en temperatur T2, mindre enn T1; det vil si at mekanismen er underlagt en avkjøling.

Dette fremkaller utvinning av varme og krossing av gassen, som når sitt innledende volum etter adiabatisk kompresjon.

søknader

Carnot-maskinen har blitt mye brukt takket være sitt bidrag i forståelsen av de viktigste aspektene ved termodynamikk.

Denne modellen gjør det mulig å forstå variasjonene av de ideelle gassene som er underlagt endringer i temperatur og trykk, noe som er en referansemetode når man designer ekte motorer.

referanser

  1. Carnot Heat motorsyklus og 2. lov (s.f.). Hentet fra: nptel.ac.in
  2. Castellano, G. (2018). Carnot maskin. Hentet fra: famaf.unc.edu.ar
  3. Carnot syklus (s.f.). Økret. Havana, Cuba Hentet fra: ecured.cu
  4. Carnot syklusen (s.f.). Hentet fra: sc.ehu.es
  5. Fowler, M. (s.f.). Varmemotorer: Carnot Cycle. Hentet fra: galileo.phys.virginia.edu
  6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2016). Carnot maskin. Hentet fra: en.wikipedia.org