Формите на машината на Карно, как работи и приложения



на Машина на Карно това е идеален цикличен модел, при който се използва топлина за извършване на работа. Системата може да бъде разбрана като бутало, което се движи в цилиндър, компресиращ газ. Извършваният цикъл е този на Карно, обявен от бащата на термодинамиката, френския физик и инженер Николас Леонард Сади Карно.

Карно обявява този цикъл в началото на 19-ти век. Машината е подложена на четири варианта на състояние, променливи условия като температура и постоянно налягане, при които се наблюдава изменение на обема при компресиране и разширяване на газа.

индекс

  • 1 Формули
    • 1.1 Изотермично разширение (A → B)
    • 1.2 Адиабатно разширение (B → C)
    • 1.3 Изотермична компресия (C → D)
    • 1.4 Адиабатно компресиране (D → A)
  • 2 Как работи машината на Карно?
  • 3 Приложения
  • 4 Препратки

формули

Според Карно, чрез представяне на идеалната машина на вариации в температурата и налягането, е възможно да се постигне максимален добив.

Цикълът на Карно трябва да бъде анализиран поотделно във всяка от четирите му фази: изотермично разширение, адиабатно разширение, изотермична компресия и адиабатна компресия..

След това ще бъдат описани формулите, свързани с всяка една от фазите на цикъла, упражняван в машината на Карно.

Изотермично разширение (A → B)

Помещенията на тази фаза са следните:

- Обем на газа: преминава от минималния обем до средния обем.

- Температура на машината: постоянна температура T1, висока стойност (T1> T2).

- Машинно налягане: спуска се от Р1 до Р2.

Изотермичният процес предполага, че температурата Т1 не се променя по време на тази фаза. Прехвърлянето на топлина предизвиква разширяването на газа, което предизвиква движение на буталото и произвежда механична работа.

При разширяване, газът има тенденция да се охлажда. Той обаче поглъща топлината, излъчвана от температурния източник и по време на нейното разширяване поддържа постоянна температура.

Тъй като температурата остава постоянна по време на този процес, вътрешната енергия на газа не се променя и цялата топлина, абсорбирана от газа, ефективно се трансформира в работа. по следния начин:

От друга страна, в края на тази фаза на цикъла е възможно също да се получи стойността на налягането, като се използва уравнението за идеален газ за него. По този начин имате следното:

В този израз:

P2: Налягане в края на фазата.

Vб: Обем в точка б.

n: Брой бензини.

R: Универсална константа на идеалните газове. R = 0,082 (atm * литър) / (молове * K).

T1: Абсолютна начална температура, градуси по Келвин.

Адиабатно разширение (B → C)

По време на тази фаза на процеса, разширяването на газа става без необходимост от обмен на топлина. По този начин помещенията са описани подробно по-долу:

- Обем на газа: преминава от средния обем до максимален обем.

- Температура на машината: спуска се от T1 до T2.

- Машинно налягане: постоянно налягане Р2.

Адиабатичният процес предполага, че налягането на Р2 не се променя по време на тази фаза. Температурата намалява и газът продължава да се разширява, докато достигне максималния си обем; това означава, че буталото достига върха.

В този случай извършената работа идва от вътрешната енергия на газа и неговата стойност е отрицателна, тъй като енергията намалява по време на този процес.

Ако приемем, че това е идеален газ, теорията твърди, че газовите молекули имат само кинетична енергия. Според принципите на термодинамиката, това може да се изведе от следната формула:

В тази формула:

.DELTA.ub → c: Изменение на вътрешната енергия на идеалния газ между точки b и c.

n: Брой бензини.

Cv: Моларен топлинен капацитет на газа.

T1: Абсолютна начална температура, градуси по Келвин.

T2: Абсолютна крайна температура, градуси по Келвин.

Изотермична компресия (C → D)

В тази фаза започва компресия на газ; това означава, че буталото се движи в цилиндъра, с който газът се обгазва.

Условията, присъщи на тази фаза на процеса, са описани по-долу:

- Обем на газа: преминава от максималния обем до междинен обем.

- Температура на машината: постоянна температура Т2, намалена стойност (Т2.) < T1).

- Машинно налягане: увеличава се от P2 до P1.

Тук налягането върху газа се увеличава, така че започва да се свива. Въпреки това, температурата остава постоянна и, следователно, изменението на вътрешната енергия на газа е нула.

Аналогично на изотермичното разширение, свършената работа е равна на топлината на системата. по следния начин:

Възможно е също така да се намери налягането в тази точка с помощта на уравнението за идеален газ.

Адиабатно компресиране (D → A)

Това е последната фаза от процеса, в която системата се връща към първоначалните си условия. За тази цел се вземат предвид следните условия:

- Обем на газа: преминава от междинен обем до минимален обем.

- Температура на машината: увеличава се от T2 до T1.

- Машинно налягане: постоянно налягане Р1.

Топлинният източник, включен в системата в предишната фаза, се отстранява, така че идеалният газ да повишава температурата си, докато налягането остане постоянно.

Газът се връща към първоначалните температурни условия (T1) и обема (минимум). Още веднъж, свършената работа идва от вътрешната енергия на газа, така че трябва да:

Подобно на адиабатното разширение, е възможно да се получи изменение на енергията на газа чрез следния математически израз:

Как работи машината на Карно?

Машината на Карно работи като двигател, при който работата се увеличава чрез вариация на изотермичните и адиабатни процеси, като се редуват фазите на разширяване и разбиране на идеалния газ..

Механизмът може да се разбира като идеално устройство, което упражнява работа, подложена на вариации на топлина, като се има предвид наличието на два фокуса на температурата..

При първия фокус системата е изложена на температура Т1. Това е висока температура, която натоварва системата и произвежда разширение на газа.

От своя страна, това води до изпълнение на механична работа, която позволява на буталото да излезе от цилиндъра и чието спиране е възможно само чрез адиабатно разширение..

Тогава идва вторият фокус, при който системата е изложена на температура Т2, по-малка от Т1; механизмът е обект на охлаждане.

Това предизвиква извличане на топлина и раздробяване на газа, който достига първоначалния си обем след адиабатно компресиране..

приложения

Машината Карно е широко използвана благодарение на своя принос в разбирането на най-важните аспекти на термодинамиката.

Този модел позволява ясно да се разберат вариациите на идеалните газове, подложени на промени в температурата и налягането, което е референтен метод при проектирането на реални двигатели..

препратки

  1. Цикъл на двигателя на Carnot и вторият закон (s.f.). Изтеглено от: nptel.ac.in
  2. Castellano, G. (2018). Машина на Карно. Получено от: famaf.unc.edu.ar
  3. Цикъл на Карно (s.f.). Хавана, Куба Получено от: ecured.cu
  4. Цикълът на Карно (s.f.). Изтеглено от: sc.ehu.es
  5. Fowler, М. (s.f.). Топлинни двигатели: цикълът на Карно. Изтеглено от: galileo.phys.virginia.edu
  6. Уикипедия, Свободната енциклопедия (2016). Машина на Карно. Изтеглено от: en.wikipedia.org