在卡诺机是其中的热量是用来做什么工作的一个理想的循环模式。该系统可以理解为在气缸内移动以压缩气体的活塞。热循环之父是法国物理学家,工程师尼古拉斯·莱昂纳德·萨迪·卡诺(NicolasLéonardSadi Carnot),他是热力学之父阐明的卡诺循环。
卡诺(Carnot)于19世纪初阐明了这一周期。机器会经受四种状态变化,例如温度和恒定压力的交替条件,在压缩和膨胀气体时,体积的变化很明显。
尼古拉斯·莱昂纳德·萨迪·卡诺
公式
根据卡诺(Carnot)的观点,使理想的机器经受温度和压力的变化,可以最大化获得的性能。
卡诺循环必须在四个阶段分别进行分析:等温膨胀,绝热膨胀,等温压缩和绝热压缩。
与卡诺机器中执行的循环的每个阶段相关的公式将在下面详述。
等温膨胀(A→B)
此阶段的前提如下:
-气体体积:从最小体积变为中等体积。
-机器温度:恒定温度T1,高值(T1> T2)。
-机器压力:从P1下降到P2。
等温过程意味着温度T1在此阶段不变化。热量的传递引起气体的膨胀,从而引起活塞上的运动并产生机械功。
随着气体膨胀,它趋于冷却。但是,它吸收了温度源发出的热量,并在膨胀过程中保持恒定的温度。
由于在此过程中温度保持恒定,因此气体的内部能量不会发生变化,并且气体吸收的所有热量都将有效地转化为功。所以:
就其本身而言,在循环的该阶段结束时,也可以使用理想气体方程式获得压力值。因此,我们有以下内容:
在此表达式中:
P 2:阶段结束时的压力。
V b:b点的音量。
n:气体的摩尔数。
答:理想气体的通用常数。R = 0.082(大气压*升)/(摩尔* K)。
T1:绝对初始温度,开氏度。
绝热膨胀(B→C)
在该过程的此阶段,无需进行热交换即可进行气体膨胀。因此,前提如下:
-气体量:从平均量到最大量。
-机器温度:从T1降至T2。
-机器压力:恒定压力P2。
绝热过程意味着压力P2在此阶段不变化。温度下降,气体继续膨胀,直到达到最大体积。即,活塞到达停止位置。
在这种情况下,所做的功来自气体的内部能量,并且其值是负的,因为在此过程中能量会减少。
假设它是一种理想的气体,该理论认为气体分子仅具有动能。根据热力学原理,可以通过以下公式得出:
在此公式中:
∆U b→c:点b和c之间理想气体的内部能量的变化。
n:气体的摩尔数。
Cv:气体的摩尔热容。
T1:绝对初始温度,开氏度。
T2:绝对最终温度,开氏度。
等温压缩(C→D)
在这一阶段,气体开始压缩。也就是说,活塞移入气缸,从而使气体收缩其体积。
该过程的此阶段固有的条件如下:
-气体量:从最大量变为中间量。
-机器温度:恒定温度T2,降低值(T2 <T1)。
-机器压力:从P2增加到P1。
在此,气体上的压力增加,因此开始压缩。但是,温度保持恒定,因此,气体的内部能量变化为零。
类似于等温膨胀,完成的功等于系统的热量。所以:
使用理想气体方程式在这一点找到压力也是可行的。
绝热压缩(D→A)
这是过程的最后阶段,在该阶段中,系统返回到其初始状态。为此,考虑以下条件:
-气体体积:从中等体积变为最小体积。
-机器温度:从T2升高到T1。
-机器压力:恒定压力P1。
撤回前一阶段包含在系统中的热源,因此只要压力保持恒定,理想气体的温度就会升高。
气体返回到温度(T1)和其体积(最小)的初始条件。同样,所做的工作来自气体的内部能量,因此您必须:
与绝热膨胀的情况类似,通过以下数学表达式获得气体能量的变化是可行的:
卡诺机如何工作?
卡诺发动机的工作原理是,通过改变等温和绝热过程,交替改变理想气体的膨胀和压缩阶段,使性能最大化。
在存在两个温度源的情况下,该机构可以理解为一种理想的装置,该装置可以执行受热变化的工作。
在第一焦点中,系统暴露于温度T1。高温会给系统造成压力并导致气体膨胀。
反过来,这转化为执行机械工作,该机械工作允许活塞从气缸中移出,并且只有通过绝热膨胀才可以使其停止。
然后是第二个焦点,在该焦点中,系统暴露于低于T1的温度T2;即,该机构受到冷却。
这引起热量的提取和气体的压碎,在绝热压缩后达到其初始体积。
应用领域
卡诺机由于对理解热力学最重要方面的贡献而被广泛使用。
该模型可以清楚地了解理想气体在温度和压力变化下的变化,从而成为设计实际发动机时的参考方法。
参考文献
- 卡诺热机循环和第二定律(sf)。从以下位置恢复:nptel.ac.in
- Castellano,G.(2018年)。卡诺机。从以下位置恢复:famaf.unc.edu.ar
- 卡诺循环(sf)。哈瓦那古巴。从以下位置恢复:ecured.cu
- 卡诺循环(nd)。从以下位置恢复:sc.ehu.es
- Fowler,M.(nd)。热机:卡诺循环。从以下网站恢复:galileo.phys.virginia.edu
- 维基百科,免费百科全书(2016)。卡诺机。从以下网站恢复:es.wikipedia.org