Zdieľam:
Carnot strojové vzorce, ako to funguje a aplikácie
Stroj Carnot Ide o ideálny cyklický model, v ktorom sa teplo využíva na prácu. Systém je možné chápať ako piest, ktorý sa pohybuje vo valci, ktorý stlačuje plyn. Cyklus vykonávaný je cyklus Carnot, vyhlásený otec termodynamiky, francúzsky fyzik a inžinier Nicolas Léonard Sadi Carnot.
Tento cyklus na začiatku 19. storočia. Stroj je vystavený štyrom zmenám stavu, striedavým podmienkam, ako je teplota a konštantný tlak, kde sa pri stlačení a expanzii plynu preukáže zmena objemu..
index
- 1 Vzorce
- 1.1 Izotermická expanzia (A → B)
- 1.2 Adiabatická expanzia (B → C)
- 1.3 Izotermická kompresia (C → D)
- 1.4 Adiabatická kompresia (D → A)
- 2 Ako funguje stroj Carnot?
- 3 Aplikácie
- 4 Odkazy
vzorca
Podľa Carnota, predložením ideálneho stroja na zmeny teploty a tlaku, je možné maximalizovať získaný výťažok.
Cyklus Carnot musí byť analyzovaný samostatne v každej zo štyroch fáz: izotermická expanzia, adiabatická expanzia, izotermická kompresia a adiabatická kompresia.
Ďalej budú podrobne opísané vzorce priradené ku každej z fáz cyklu vykonávaného v zariadení Carnot.
Izotermická expanzia (A → B)
Priestory tejto fázy sú nasledovné:
- Objem plynu: ide z minimálneho objemu na stredný objem.
- Teplota stroja: konštantná teplota T1, vysoká hodnota (T1> T2).
- Strojný tlak: klesá z P1 na P2.
Izotermický proces znamená, že teplota T1 sa počas tejto fázy nemení. Prenos tepla indukuje expanziu plynu, čo vyvoláva pohyb na pieste a vytvára mechanickú prácu.
Pri expanzii má plyn sklon k ochladzovaniu. Absorbuje však teplo vyžarované zdrojom teploty a počas jeho expanzie udržuje konštantnú teplotu.
Pretože teplota zostáva konštantná počas tohto procesu, vnútorná energia plynu sa nemení a všetko teplo absorbované plynom sa efektívne premieňa na prácu. takto:
Na druhej strane, na konci tejto fázy cyklu je tiež možné získať hodnotu tlaku pomocou rovnice ideálneho plynu. Týmto spôsobom máte nasledujúce:
V tomto výraze:
P2: Tlak na konci fázy.
Vb: Objem v bode b.
n: Počet mólov plynu.
R: Univerzálna konštanta ideálnych plynov. R = 0,082 (atm * liter) / (móly * K).
T1: Absolútna počiatočná teplota, stupne Kelvina.
Adiabatická expanzia (B → C)
Počas tejto fázy procesu prebieha expanzia plynu bez potreby výmeny tepla. Takto sú priestory podrobne popísané nižšie:
- Objem plynu: ide z priemerného objemu na maximálny objem.
- Teplota stroja: klesá z T1 do T2.
- Strojný tlak: konštantný tlak P2.
Adiabatický proces znamená, že tlak P2 sa počas tejto fázy nemení. Teplota klesá a plyn pokračuje v expanzii, až kým nedosiahne svoj maximálny objem; to znamená, že piest dosiahne vrchol.
V tomto prípade je práca vykonaná z vnútornej energie plynu a jeho hodnota je záporná, pretože energia počas tohto procesu klesá.
Za predpokladu, že ide o ideálny plyn, teória tvrdí, že molekuly plynu majú iba kinetickú energiu. Podľa princípov termodynamiky to možno odvodiť z nasledujúceho vzorca:
V tomto vzorci:
.DELTA.ub → c: Zmena vnútornej energie ideálneho plynu medzi bodmi bac.
n: Počet mólov plynu.
Cv: Molová tepelná kapacita plynu.
T1: Absolútna počiatočná teplota, stupne Kelvina.
T2: absolútna konečná teplota, stupne Kelvina.
Izotermická kompresia (C → D)
V tejto fáze začína kompresia plynu; to znamená, že piest sa pohybuje do valca, s ktorým plyn uzatvára svoj objem.
Podmienky súvisiace s touto fázou procesu sú uvedené nižšie:
- Objem plynu: ide z maximálneho objemu na stredný objem.
- Teplota stroja: konštantná teplota T2, znížená hodnota (T2 < T1).
- Strojný tlak: zvyšuje sa z P2 na P1.
Tu sa tlak na plyn zvyšuje, takže sa začína stláčať. Teplota však zostáva konštantná, a preto je variácia vnútornej energie plynu nula.
Analogicky k izotermickej expanzii sa vykonaná práca rovná teplu systému. takto:
Je tiež možné nájsť tlak v tomto bode pomocou rovnice ideálneho plynu.
Adiabatická kompresia (D → A)
Je to posledná fáza procesu, v ktorom sa systém vracia do pôvodných podmienok. Za týmto účelom sa berú do úvahy tieto podmienky:
- Objem plynu: ide z medziľahlého objemu na minimálny objem.
- Teplota stroja: zvyšuje sa z T2 na T1.
- Strojný tlak: konštantný tlak P1.
Zdroj tepla zabudovaný v systéme v predchádzajúcej fáze sa odstráni, takže ideálny plyn zvýši svoju teplotu, pokiaľ tlak zostane konštantný..
Plyn sa vracia na počiatočné teplotné podmienky (T1) a jeho objem (minimum). Opäť, vykonaná práca pochádza z vnútornej energie plynu, takže musíte:
Podobne ako v prípade adiabatickej expanzie je možné dosiahnuť zmenu plynnej energie pomocou nasledujúceho matematického vyjadrenia:
Ako funguje stroj Carnot?
Stroj Carnot funguje ako motor, v ktorom je výkon maximalizovaný pomocou variácie izotermických a adiabatických procesov, striedaním fáz expanzie a chápania ideálneho plynu..
Mechanizmus je možné chápať ako ideálne zariadenie, ktoré vykonáva prácu, ktorá je vystavená zmenám tepla, vzhľadom na existenciu dvoch ohnísk teploty.
Pri prvom zaostrení je systém vystavený teplote T1. Je to vysoká teplota, ktorá zaťažuje systém a produkuje expanziu plynu.
To má za následok vykonanie mechanickej práce, ktorá umožňuje, aby sa piest pohyboval von z valca a ktorého zastavenie je možné len pomocou adiabatickej expanzie..
Potom nasleduje druhé zaostrenie, v ktorom je systém vystavený teplote T2, menšej ako T1; to znamená, že mechanizmus je chladený.
To indukuje extrakciu tepla a drvenie plynu, ktorý dosahuje svoj počiatočný objem po adiabatickej kompresii.
aplikácie
Stroj Carnot bol široko používaný vďaka svojmu príspevku k pochopeniu najdôležitejších aspektov termodynamiky.
Tento model umožňuje jasne pochopiť variácie ideálnych plynov, ktoré podliehajú zmenám teploty a tlaku, čo je referenčná metóda pri navrhovaní skutočných motorov..
referencie
- Cyklus tepelného motora Carnot a druhý zákon (s.f.). Zdroj: nptel.ac.in
- Castellano, G. (2018). Stroj Carnot. Zdroj: famaf.unc.edu.ar
- Carnotov cyklus (s.f.) Ecured. Havana, Kuba Zdroj: ecured.cu
- Cyklus Carnot (s.f.). Zdroj: sc.ehu.es
- Fowler, M. (s.f.). Tepelné motory: cyklus Carnot. Zdroj: galileo.phys.virginia.edu
- Wikipédia, Voľná encyklopédia (2016). Stroj Carnot. Zdroj: en.wikipedia.org