- Mga formula
- Pagpapalawak ng Isothermal (A → B)
- Pagpapalawak ng Adiabatic (B → C)
- Ang compression ng Isothermal (C → D)
- Adiabatic compression (D → A)
- Paano gumagana ang makina ng Carnot?
- Aplikasyon
- Mga Sanggunian
Ang makina ng Carnot ay isang mainam na modelo ng siklista kung saan ginagamit ang init upang gumawa ng trabaho. Ang sistema ay maaaring maunawaan bilang isang piston na gumagalaw sa loob ng isang silindro na nag-compress ng isang gas. Ang ikot ng ehersisyo ay sa Carnot, na binigkas ng ama ng thermodynamics, ang Pranses na pisiko at engineer na si Nicolas Léonard Sadi Carnot.
Binanggit ni Carnot ang siklo na ito noong unang bahagi ng ika-19 na siglo. Ang makina ay sumasailalim sa apat na mga pagkakaiba-iba ng estado, ang mga kahaliling kondisyon tulad ng temperatura at pare-pareho na presyon, kung saan ang isang pagkakaiba-iba ng lakas ng tunog ay maliwanag kapag ang pag-compress at pagpapalawak ng gas.
Nicolas Léonard Sadi Carnot
Mga formula
Ayon kay Carnot, na sumasailalim sa mainam na makina sa mga pagkakaiba-iba sa temperatura at presyon posible upang ma-maximize ang pagganap na nakuha.
Ang siklo ng Carnot ay dapat na pinag-aralan nang hiwalay sa bawat isa sa apat na mga yugto nito: isothermal pagpapalawak, pagpapalawak ng adiabatic, isothermal compression, at adiabatic compression.
Ang mga formula na nauugnay sa bawat isa sa mga phase ng cycle na isinasagawa sa Carnot machine ay detalyado sa ibaba.
Pagpapalawak ng Isothermal (A → B)
Ang lugar ng phase na ito ay ang mga sumusunod:
- Dami ng gas: napupunta mula sa minimum na dami sa isang medium volume.
- temperatura ng makina: palaging temperatura T1, mataas na halaga (T1> T2).
- Presyon ng makina: patak mula P1 hanggang P2.
Ang proseso ng isothermal ay nagpapahiwatig na ang temperatura T1 ay hindi nag-iiba sa yugto na ito. Ang paglipat ng init ay nagpapahiwatig ng pagpapalawak ng gas, na nagpapalakas ng paggalaw sa piston at gumagawa ng gawaing mekanikal.
Habang lumalawak ang gas, may tendensiyang lumalamig. Gayunpaman, sinisipsip nito ang init na pinalabas ng mapagkukunan ng temperatura at pinapanatili ang palaging temperatura sa panahon ng pagpapalawak nito.
Dahil ang temperatura ay nananatiling pare-pareho sa prosesong ito, ang panloob na enerhiya ng gas ay hindi nagbabago, at ang lahat ng init na hinihigop ng gas ay epektibong nabago sa trabaho. Kaya:
Para sa bahagi nito, sa pagtatapos ng yugto na ito ng cycle posible din na makuha ang halaga ng presyon gamit ang perpektong equation ng gas. Kaya, mayroon kaming mga sumusunod:
Sa expression na ito:
P 2 : Pressure sa pagtatapos ng phase.
V b : Dami sa punto b.
n: Bilang ng mga moles ng gas.
A: Universal pare-pareho ng mga perpektong gas. R = 0.082 (atm * litro) / (moles * K).
T1: ganap na paunang temperatura, degree Kelvin.
Pagpapalawak ng Adiabatic (B → C)
Sa panahong ito ng proseso, ang paglawak ng gas ay nagaganap nang walang pangangailangan upang makipagpalitan ng init. Kaya, ang mga lugar ay detalyado sa ibaba:
- Dami ng gas: napupunta mula sa average na dami sa isang maximum na dami.
- temperatura ng makina: patak mula sa T1 hanggang T2.
- presyon ng makina: palaging presyon ng P2.
Ang proseso ng adiabatic ay nagpapahiwatig na ang presyon ng P2 ay hindi nag-iiba sa yugto na ito. Ang temperatura ay bumababa at ang gas ay patuloy na lumawak hanggang maabot ang maximum na dami nito; iyon ay, ang piston ay umabot sa paghinto.
Sa kasong ito, ang gawaing nagawa ay nagmula sa panloob na enerhiya ng gas at ang halaga nito ay negatibo dahil ang pagbawas ng enerhiya sa panahon ng prosesong ito.
Sa pag-aakalang ito ay isang mainam na gas, pinanghahawakan ng teorya na ang mga molekula ng gas ay mayroon lamang enerhiya na kinetic. Ayon sa mga alituntunin ng thermodynamics, maaari itong maibawas sa pamamagitan ng mga sumusunod na pormula:
Sa pormula na ito:
∆U b → c : Ang pagkakaiba-iba ng panloob na enerhiya ng perpektong gas sa pagitan ng mga punto b at c.
n: Bilang ng mga moles ng gas.
Cv: Molarong kapasidad ng init ng gas.
T1: ganap na paunang temperatura, degree Kelvin.
T2: Ganap na pangwakas na temperatura, degree Kelvin.
Ang compression ng Isothermal (C → D)
Sa yugtong ito nagsisimula ang compression ng gas; iyon ay, ang piston ay gumagalaw sa silindro, kung saan ang gas ay kinontrata ang dami nito.
Ang mga kondisyon na likas sa yugtong ito ng proseso ay detalyado sa ibaba:
- Dami ng gas: napupunta mula sa maximum na dami sa isang intermediate volume.
- temperatura ng makina: pare-pareho ang temperatura T2, nabawasan ang halaga (T2 <T1).
- Presyon ng makina: pagtaas mula sa P2 hanggang P1.
Narito ang presyon sa gas ay nagdaragdag, kaya nagsisimula itong mag-compress. Gayunpaman, ang temperatura ay nananatiling pare-pareho at, samakatuwid, ang panloob na pagkakaiba-iba ng enerhiya ng gas ay zero.
Katulad sa pagpapalawak ng isothermal, ang gawaing ginagawa ay katumbas ng init ng system. Kaya:
Posible ring mahanap ang presyon sa puntong ito gamit ang perpektong equation ng gas.
Adiabatic compression (D → A)
Ito ang huling yugto ng proseso, kung saan ang sistema ay bumalik sa mga paunang kondisyon nito. Para sa mga ito, ang mga sumusunod na kondisyon ay isinasaalang-alang:
- Dami ng gas: napupunta mula sa isang pansamantalang dami sa isang minimum na dami.
- temperatura ng makina: pagtaas mula sa T2 hanggang T1.
- presyon ng makina: palaging presyon P1.
Ang pinagmulan ng init na isinasama sa system sa nakaraang yugto ay binawi, upang ang mainam na gas ay itaas ang temperatura nito hangga't ang presyon ay nananatiling pare-pareho.
Ang gas ay bumalik sa paunang kondisyon ng temperatura (T1) at ang dami nito (pinakamaliit). Muli, ang gawaing nagawa ay nagmula sa panloob na enerhiya ng gas, kaya kailangan mong:
Katulad sa kaso ng pagpapalawak ng adiabatic, posible na makuha ang pagkakaiba-iba ng enerhiya ng gas sa pamamagitan ng sumusunod na expression ng matematika:
Paano gumagana ang makina ng Carnot?
Ang engine ni Carnot ay gumagana bilang isang engine kung saan ang pagganap ay na-maximize sa pamamagitan ng iba't ibang mga proseso ng isothermal at adiabatic, alternating ang pagpapalawak at compression phase ng isang perpektong gas.
Ang mekanismo ay maaaring maunawaan bilang isang perpektong aparato na nagsasagawa ng trabaho na napapailalim sa mga pagkakaiba-iba ng init, dahil sa pagkakaroon ng dalawang mapagkukunan ng temperatura.
Sa unang pokus, ang system ay nakalantad sa isang temperatura na T1. Ito ay isang mataas na temperatura na naglalagay ng stress sa system at nagiging sanhi ng pagpapalawak ng gas.
Kaugnay nito, isinasalin ito sa pagpapatupad ng isang gawaing mekanikal na nagpapahintulot sa pagpapakilos ng piston sa labas ng silindro, at kung saan ang paghinto ay posible lamang sa pamamagitan ng pagpapalawak ng adiabatic.
Pagkatapos ay darating ang pangalawang pokus, kung saan ang system ay nakalantad sa isang temperatura ng T2, mas mababa kaysa sa T1; iyon ay, ang mekanismo ay sumailalim sa paglamig.
Ito ang nagpapahiwatig ng pagkuha ng init at pagdurog ng gas, na umaabot sa paunang dami nito pagkatapos ng compression ng adiabatic.
Aplikasyon
Ang Carnot machine ay malawakang ginamit salamat sa kontribusyon nito sa pag-unawa sa pinakamahalagang aspeto ng thermodynamics.
Pinapayagan ng modelong ito ang isang malinaw na pag-unawa sa mga pagkakaiba-iba ng mga perpektong gas na napapailalim sa mga pagbabago sa temperatura at presyon, na ginagawa itong isang paraan ng sanggunian kapag nagdidisenyo ng mga tunay na makina.
Mga Sanggunian
- Carnot Heat Engine Cycle at ang 2nd Law (sf). Nabawi mula sa: nptel.ac.in
- Castellano, G. (2018). Makina ng Carnot. Nabawi mula sa: famaf.unc.edu.ar
- Carnot cycle (sf) .Ecured. Havana Cuba. Nabawi mula sa: ecured.cu
- Ang Carnot cycle (nd). Nabawi mula sa: sc.ehu.es
- Fowler, M. (nd). Mga Initin sa Init: ang Carnot Cycle. Nabawi mula sa: galileo.phys.virginia.edu
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2016). Makina ng Carnot. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org