카르노주기는 무엇이며 그 단계는 무엇입니까?
Carnot 엔진이 작동하면 엔진의 작동 물질은 Carnot 사이클로 알려진 사이클을 겪습니다. 이주기에는 네 가지 단계가 있습니다. 그러나 Carnot 사이클에 대해 자세히 알기 전에 열역학의 제 2 법칙과 열 엔진을 이해해야합니다.
열역학 제 2 법칙
statement (i) :열역학 제 2 법칙은 열이 100% 효율로 작업으로 변환 될 수 없다고 명시하고 있습니다.
statement (ii) :이 세상의 엔진은 사이클로 작동하고 모든 열을 소스에서 작업으로 변환 할 수 없습니다.
statement (iii) :사이클에서 작동하고 열을 싱크에서 소스로, 영구적으로 (자체 기능)로 거부하는 냉장고를 설계 할 수 없습니다.
열 엔진
열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 데 사용되는 장치를 열 엔진이라고합니다. 열 엔진의 도움으로 작업으로 열을 전환하려면 다음 조건을 충족해야합니다.
- 더 높은 온도의 신체, 'T1'으로 지정된 열을 사용해야합니다. 소스로 알려져 있습니다.
- 작업 물질은 엔진의 신체에 포함되어야합니다.
- 열을 거부 할 수있는 온도‘t’에 본체가 있어야합니다. 이것을 싱크라고합니다.
열 엔진 작업
열 엔진의 개략도는 다음과 같습니다.
엔진은 소스에서 열의‘Q1’을 얻습니다.
이 열의 일부는 작업‘w’로 변환됩니다. 나머지 열‘Q’는 싱크대에 거부됩니다.
따라서
q1 =w+q₂
또는 엔진이 수행 한 작업은
에 의해 제공됩니다.w =q₁ -q₂
열 엔진의 효율
열 엔진 (n)의 효율은 엔진에 공급되는 총 열의 분율로 정의되며, 이는 작업으로 변환됩니다.
수학적으로
이후, n =w/q₁
또는 n =q₁ -q2/q₁ =1-q2/q₁
카르노 엔진
Carnot 엔진은 Carnot 사이클을 사용하여 작동하는 열 엔진입니다. Nicolas Leonard Carnot과 Sadi Carnot은 1824 년 에이 엔진의 모델을 만들었습니다.
아래에 주어진 다이어그램에 표시된 다른 부분으로 구성됩니다.
출처 :일정한 온도 T.K에서 유지되는 상단이 유지되는 열 에너지의 저수지입니다. 소스가 너무 커서 열의 양을 추출하여 온도를 바꾸지 않습니다.
열 엔진의 몸체 :완벽하게 단열 된 벽과 바닥이있는 원통형 용기입니다. 배럴 내에서 자유롭게 미끄러질 수있는 밀폐 피스톤이 장착되어 있습니다. 소량의 이상적인 가스가 배럴에 포함되어 있습니다.
싱크 :더 큰 온도 T2에서 완벽하게 전도되는 더 큰 몸체입니다. 싱크대가 너무 커서 거부 된 열이 싱크의 온도에 영향을 미치지 않습니다.
단열 스탠드 :배럴이 배치 될 때 배럴이 주변 환경에서 철저히 단열되도록 완벽하게 단열 된 재료로 구성된 스탠드입니다.
카르노 사이클과 그 단계
Carnot 엔진이 작동하면 엔진의 작동 물질은 Carnot 사이클로 알려진 다른 사이클을 통과 하며이주기는 네 가지 단계로 구성됩니다.
1. 첫 번째 단계 (등온 팽창이라고 함)
이 스트로크에서 배럴은 소스 위에 배치됩니다. 가스가 팽창함에 따라 피스톤은 점차적으로 밀려납니다. 팽창으로 인한 온도의 하락은 공급원으로부터의 열 공급에 의해 보상되므로 결과적으로 온도는 일정하게 유지됩니다. 가스의 조건은 A (P₁, v1)에서 B (p₂, v2)로 변화합니다. W1 이이 과정에서 수행 된 작업 인 경우 소스에서 파생 된 가열 Q₁은
에 의해 제공됩니다.w1 =-nrt1 loge (v2 / v1)
2. 두 번째 단계 (단열 팽창이라고 함)
배럴은 소스에서 제거되어 단열 스탠드 위에 배치됩니다. 피스톤은 가스가 단열 적으로 팽창하여 T1에서 T₂로 온도가 떨어질 수 있도록 뒤로 밀려 나옵니다. 가스의 조건은 b (p₂, v₂)에서 c (p3, v3)로 변화합니다. 이 경우 w in가 수행 된 작업이라면
w₂ =ncv (t2-t1)
3. 세 번째 단계 (등온 압축이라고 함)
배럴은 싱크 위에 배치됩니다. 피스톤이 아래로 밀려 가스를 압축합니다. 압축으로 인해 생성 된 열은 싱크로 흐르고 배럴의 온도를 일정하게 유지합니다. 가스의 상태는 C (P3, V3)에서 D (P4, V4)로 변합니다. W 가이 과정에서 수행되고 Q가 싱크대로 거부 된 열이라면
w3 =-nrt₂ loge (v4 / v3)
4. 네 번째 단계 (단열 압축이라고 함)
배럴은 단열 스탠드 위에 배치됩니다. 피스톤은 아래로 이동하여 가스의 온도가 t ₂에서 t1로 증가 할 때까지 가스를 단위 적으로 압축시킨다. W4 가이 과정에서 수행 된 작업이라면
w4 =ncv (t1-t2)
열이 카르노 사이클에서 작업으로 변환되었습니다
wcycle =w1 + w + w3 + w4
⇒-NRT1 loge (v2 / v1) +ncv (t2-t1)-nrt₂ loge (v4 / v3) +ncv (t1-t2)
⇒ -nr [t1 loge (v2 / v1) + t2 loge (v4 / v3)]
BC의 경우, t1v2𝜸-1 =t2v3𝜸-1
의 경우, t1v1𝜸-1 =t2v4-1
(v2 / v1) 𝜸-1 =(v3 / v4) 𝜸-1 ⇒ v2 / v4
따라서, 한 사이클 동안 엔진이 수행 한 순 작업은 사이클의 표시기 다이어그램으로 둘러싸인 면적과 같습니다. 분석적으로,
wcycle =-nr (t1-t2) loge (v2 / v1)
