Formula Mesin Carnot, Bagaimana Ia berfungsi dan Aplikasi

The Mesin karnot ia adalah model siklik yang ideal di mana haba digunakan untuk melakukan pekerjaan. Sistem ini boleh difahami sebagai omboh yang bergerak di dalam silinder memampatkan gas. Kitaran yang dijalankan ialah Carnot, yang diucapkan oleh bapa termodinamik, ahli fizik dan jurutera Perancis Nicolas Léonard Sadi Carnot.

Carnot mengutarakan kitaran ini pada awal abad ke-19. Mesin ini dikenakan empat variasi keadaan, keadaan ganti seperti suhu dan tekanan malar, di mana variasi volum terbukti apabila memampatkan dan memperluaskan gas.

Indeks

• 1 formula
  • 1.1 pengembangan Isothermal (A → B)
  • 1.2 Pengembangan adiabatik (B → C)
  • 1.3 Mampatan Isothermal (C → D)
  • 1.4 Mampatan adiabatik (D → A)
• 2 Bagaimana mesin Carnot berfungsi?
• 3 Aplikasi
• 4 Rujukan

Formula

Menurut Carnot, dengan mengemukakan mesin ideal untuk variasi suhu dan tekanan, adalah mungkin untuk memaksimalkan hasil yang diperoleh.

Kitaran Carnot mesti dianalisis secara berasingan dalam setiap empat fasa: pengembangan isoterma, pengembangan adiabatik, mampatan isoterma dan mampatan adiabatik.

Seterusnya, formula yang berkaitan dengan setiap fasa kitaran yang dijalankan di mesin Carnot akan terperinci.

Pengembangan isoterma (A → B)

Premis fasa ini adalah berikut:

- Volum gas: pergi dari volum minimum ke jumlah sederhana.

- Suhu mesin: suhu malar T1, nilai tinggi (T1> T2).

- Tekanan mesin: turun dari P1 hingga P2.

Proses isotermal membayangkan bahawa suhu T1 tidak berubah semasa fasa ini. Pemindahan haba mendorong pengembangan gas, yang mendorong pergerakan pada omboh dan menghasilkan kerja mekanikal.

Apabila berkembang, gas mempunyai kecenderungan untuk menyejukkan. Walau bagaimanapun, ia menyerap haba yang dipancarkan oleh sumber suhu dan semasa pengembangannya mengekalkan suhu malar.

Oleh kerana suhu tetap berterusan semasa proses ini, tenaga dalaman gas tidak berubah, dan semua haba yang diserap oleh gas secara berkesan berubah menjadi kerja. Oleh itu:

Sebaliknya, pada akhir fasa kitaran ini juga mungkin untuk mendapatkan nilai tekanan menggunakan persamaan gas ideal untuknya. Dengan cara ini, anda mempunyai perkara berikut:

Dalam ungkapan ini:

P₂: Tekanan pada akhir fasa.

V_b: Jilid di titik b.

n: Bilangan tahi lalat gas.

R: Pengaliran sejagat gas ideal. R = 0.082 (atm * liter) / (tahi * K).

T1: Suhu awal mutlak, darjah Kelvin.

Pengembangan adiabatik (B → C)

Semasa fasa proses ini, pengembangan gas berlaku tanpa perlu menukar haba. Dengan cara ini, premis terperinci di bawah:

- Jumlah gas: pergi dari jumlah purata ke jumlah maksimum.

- Suhu mesin: turun dari T1 hingga T2.

- Tekanan mesin: tekanan malar P2.

Proses adiabatik menunjukkan bahawa tekanan P2 tidak berubah semasa fasa ini. Suhu berkurang dan gas terus berkembang sehingga mencapai jumlah maksimumnya; iaitu, omboh mencapai puncak.

Dalam kes ini, kerja yang dilakukan adalah dari tenaga dalaman gas dan nilainya adalah negatif kerana tenaga menurun semasa proses ini.

Dengan mengandaikan ia adalah gas yang ideal, teori itu berpendapat bahawa molekul gas hanya mempunyai tenaga kinetik. Mengikut prinsip termodinamik, ini dapat disimpulkan oleh formula berikut:

Dalam formula ini:

ΔU_{b → c}: Perubahan tenaga dalaman gas ideal antara mata b dan c.

n: Bilangan tahi lalat gas.

Cv: Kapasiti haba molar gas.

T1: Suhu awal mutlak, darjah Kelvin.

T2: Suhu terakhir mutlak, darjah Kelvin.

Mampatan isoterma (C → D)

Dalam pemampatan gas fasa ini bermula; iaitu, omboh bergerak ke dalam silinder, yang gasnya mengalirkannya.

Syarat-syarat yang wujud dalam fasa ini adalah terperinci di bawah:

- Kelantangan gas: pergi dari kelantangan maksimum ke jumlah perantaraan.

- Suhu mesin: suhu tetap T2, nilai yang dikurangkan (T2 < T1).

- Tekanan mesin: kenaikan dari P2 ke P1.

Di sini tekanan pada kenaikan gas, jadi ia mula memampatkan. Walau bagaimanapun, suhu kekal tetap dan oleh itu, perubahan tenaga dalaman gas adalah sifar.

Analogous kepada pengembangan isothermal, kerja yang dilakukan adalah sama dengan panas sistem. Oleh itu:

Ia juga boleh didapati untuk tekanan pada masa ini menggunakan persamaan gas ideal.

Mampatan adiabatik (D → A)

Ini adalah fasa terakhir proses, di mana sistem kembali ke keadaan awalnya. Untuk ini, syarat-syarat berikut dipertimbangkan:

- Kelantangan gas: pergi dari jumlah perantaraan ke jumlah minima.

- Suhu mesin: meningkat dari T2 hingga T1.

- Tekanan mesin: tekanan malar P1.

Sumber panas yang dimasukkan ke dalam sistem pada fasa sebelumnya telah dikeluarkan, supaya gas yang ideal akan meningkatkan suhunya selama tekanan tetap tetap.

Gas kembali ke keadaan suhu awal (T1) dan jumlah (minimum). Sekali lagi, kerja yang dilakukan berasal dari tenaga dalaman gas, jadi anda perlu:

Sama seperti pengembangan pembesaran adiabatik, adalah mungkin untuk mendapatkan variasi tenaga gas dengan menggunakan ungkapan matematik berikut:

Bagaimana mesin Carnot berfungsi?

Mesin Carnot berfungsi seperti motor di mana prestasi dimaksimumkan melalui variasi proses isotermal dan adiabatik, seli fasa pengembangan dan pemahaman gas ideal.

Mekanisme itu dapat difahami sebagai alat yang ideal yang menimbulkan suatu kerja yang mengalami variasi panas, memandangkan kewujudan dua fokus suhu.

Dalam fokus pertama, sistem terdedah kepada suhu T1. Ia adalah suhu tinggi yang menegaskan sistem dan menghasilkan pengembangan gas.

Sebaliknya, ini menyebabkan pelaksanaan kerja mekanik yang membolehkan omboh bergerak keluar dari silinder, dan halangannya hanya mungkin dilakukan oleh pengembangan adiabatik.

Kemudian datang fokus kedua, di mana sistem terdedah kepada suhu T2, kurang daripada T1; iaitu mekanisme tertakluk kepada penyejukan.

Ini mendorong pengekstrakan haba dan penghancuran gas, yang mencapai volum awal selepas mampatan adiabatik.

Permohonan

Mesin Carnot telah digunakan secara meluas terima kasih kepada sumbangannya dalam pemahaman aspek-aspek termodinamik yang paling penting.

Model ini membolehkan untuk memahami dengan jelas variasi gas ideal yang tertakluk kepada perubahan dalam suhu dan tekanan, yang merupakan kaedah rujukan ketika merancang enjin sebenar.

Rujukan

1. Kitaran Enjin Haba Carnot dan Undang-undang Ke-2 (ms.). Diperolehi daripada: nptel.ac.in
2. Castellano, G. (2018). Mesin karnot. Diperolehi daripada: famaf.unc.edu.ar
3. Kitaran Carnot (s.f.) Ekstrak. Havana, Cuba Diperolehi daripada: ecured.cu
4. Kitaran Carnot (ms.). Diperolehi daripada: sc.ehu.es
5. Fowler, M. (s.f.). Heat Engines: the Carnot Cycle. Diperolehi daripada: galileo.phys.virginia.edu
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2016). Mesin karnot. Diperolehi daripada: en.wikipedia.org