Carnot의 이상적인 열 엔진은 무엇입니까?
Carnot의 이상적인 열 엔진은 Carnot 사이클에서 작동하는 이상적인 열 엔진입니다. 이 엔진의 모델은 1824 년 Nicolas Leonard Sadi Carnot에 의해 개발되었습니다. 그 작동은 열 엔진과 비슷하며 열역학 제 2 차 법칙을 기반으로합니다.
.열역학 제 2 법칙
열 이동의 방향은이 법에 의해 결정됩니다. 소스에서 열을 수집하고 그 모든 열을 작업으로 바꾸고 가라 앉기 위해 열을 거부하는 순환기를 만드는 것은 불가능합니다. 켈빈-플랑크 진술은 위의 제 2 법의 표현을 말합니다.
기계적 노동은 완전히 열로 전환 될 수 있지만 그 반대는 사실이 아닙니다. 이와 관련하여 열과 노동은 비슷하지 않습니다. 우리는 이제 열역학 제 2 법칙의 여러 응용 프로그램을 살펴볼 것입니다.
열 엔진
열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 데 사용되는이 장치를 열 엔진이라고합니다. 열 엔진의 도움으로 열을 전환하려면 다음 조건을 충족해야합니다. 열이 추출되는 더 높은 온도 'T1'에 신체가 있어야합니다. 소스라고합니다. 엔진의 본문에는 작업 물질이 포함되어야합니다. 열을 거부 할 수있는 더 낮은 온도 't₂'에 신체가 있어야합니다. 이것을 싱크라고합니다.
열 엔진 작업
엔진은 소스에서‘Q1’을 도출합니다.
이 열의 일부는 작업 'W'로 변환됩니다. 나머지 열‘Q’는 싱크대에 거부됩니다.
따라서
Q1 =w+q+
또는 엔진이 수행 한 작업은
에 의해 제공됩니다.w =q₁-q₁
열 엔진의 효율
열 엔진 (𝛈)의 효율은 엔진에 공급되는 총 열의 분율로 정의되어 작업으로 변환됩니다.
수학적으로,
₁ =w/q𝛈
이후또는 q =q₁-q2/q₁ =1-q2/q₁
Carnot의 이상적인 열 엔진
Carnot 엔진은 Carnot 사이클에서 작동하는 이상적인 열 엔진입니다. 이 엔진의 모델은 1824 년 Nicolas Leonard Sadi Carnot에 의해 개발되었습니다. 다른 부품으로 구성됩니다.
출처 :일정한 온도 T1K에서 유지되는 상단이 유지되는 열 에너지의 저수지입니다. 소스가 너무 커서 열의 양을 추출하여 온도를 바꾸지 않습니다.
열 엔진의 몸체 :벽을 완벽하게 단열하고 바닥을 수행하는 배럴입니다. 마찰없이 배럴 내에서 미끄러질 수있는 가중 피스톤이 장착되어 있습니다. 배럴에는 이상의 이상적인 가스가 포함되어 있습니다.
싱크대 :그것은 더 낮은 온도의 거대한 몸체입니다. 싱크의 크기는 너무 커서 거부 된 열의 양이 온도를 증가시키지 않습니다.
단열 스탠드 :그것은 배럴이 배치 될 때 배럴이 주변에서 철저히 단열되도록 완벽하게 단열 된 재료로 구성된 스탠드입니다.
Carnot의 이상적인 열 엔진 작동 및 프로세스
Carnot 엔진이 작동하면 엔진의 작동 물질은 Carnot 사이클로 알려진 다른 공정을 거치며이 사이클은 네 가지 단계로 구성됩니다.
1. 첫 번째 단계 :- 등온 팽창 공정으로 알려진
이 스트로크에서 배럴은 소스 위에 배치됩니다. 가스가 팽창함에 따라 피스톤은 점차적으로 밀려납니다. 팽창으로 인한 온도 하차는 공급원으로부터의 열 공급에 의해 보상되며 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.q₁ =w1 =-nrt1 loge (v2 / v1)
2. 두 번째 단계 :- 단열 팽창 공정으로 알려진
배럴은 소스에서 제거되어 단열 스탠드 위에 배치됩니다. 피스톤은 가스가 단열 적으로 팽창하여 온도가 T1에서 T₂로 감소하게되도록 뒤로 밀립니다. 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 압축 과정으로 알려진
배럴은 싱크대 위에 배치됩니다. 피스톤은 가스를 압축시킨다. 싱크대로의 압축 흐름으로 인해 생성 된 열은 배럴의 온도를 일정하게 유지합니다. 가스의 상태는 C (P3, V3)에서 D (P4, V4)로 변합니다. w 가이 과정에서 수행 된 작업이고 Q는 싱크대에 대한 열이 거부 된 경우 :
W3 =-nrt -loge (v4 / v3)
4. 네 번째 단계 :- 단열 압축 공정으로 알려진
배럴은 단열 스탠드 위에 배치됩니다. 피스톤은 가스의 온도가 t ₂에서 t1로 증가 할 때까지 가스를 단위 적으로 압축시켜 d (p4, v4)에서 (p₁, v1)로 변화 할 때까지 가스를 단열 적으로 압축시킨다. W4 가이 과정에서 수행 된 작업이라면 :
W4 =NCV (T1 - T2)
열이 Carnot의 엔진에서 작업으로 변환
wcycle =W1 + W₂ + 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
DA의 경우, T1V1 t - 1 =T2V4 ~ 1
(v2 / v1) 𝜸 - 1 =(v3 / v4) 𝜸 - 1 ⇒ v2 / v1 =v3 / v4
따라서, 한 사이클 동안 엔진이 수행 한 순 작업은 사이클의 표시기 다이어그램으로 둘러싸인 면적과 같습니다. 분석적으로 :
wcycle =-nr (t1 -t2) loge (v2 / v1)
Carnot의 이상적인 열 엔진의 효율
엔진의 효율 (of)은 엔진에 공급되는 총 열에 대한 유용한 열 (작업으로 변환)의 비율로 정의됩니다. 따라서 :
𝛈 =w/q1 =(Q1 - Q2)/Q1
의 모드짐
𝛈 =1 - Q2 / Q1 =1 - T2 / T1
Carnot의 이상적인 열 엔진 에 관한 몇 가지 중요한 요점
- 엔진의 효율은 작동하는 온도에 따라 다릅니다.
- independent는 작업 물질의 특성과 무관합니다.
- one는 T2 =0 인 경우에만 하나입니다. Absolute Zero는 달성 할 수 없으므로 이상적인 엔진조차도 100% 효율적일 수 없습니다.
- one는 Q2 =0이지만 이상적인 엔진에 대해서도 𝛈 =1이 불가능한 경우에만 가능합니다. 따라서 Q2 ≠ 0.
- 따라서 한 몸에서 열을 추출하고 전체를 작업으로 전환하는 것은 불가능합니다.
- t2 =t1 인 경우 𝛈 =0
- 실제 열 엔진에서는 마찰 등으로 인한 손실이 많으며 각주기 동안의 다양한 프로세스는 준 성적이 아니므로 실제 엔진의 효율은 이상적인 엔진의 효율보다 훨씬 적습니다.
결론
이 기사에서는 Carnot 엔진을 연구했습니다. 이들은 열을 기계 작업으로 변환하는 모든 장치입니다. Carnot 엔진은 이러한 열 엔진을 이상화합니다. Carnot 정리는 두 개의 알려진 온도 사이에서 작동하는 엔진이 동일한 두 온도 사이에서 작동하는 가역 엔진보다 더 효율적 일 수 없다고 명시하고 있습니다. 작업 재료에 관계없이 동일한 두 온도 사이에서 작동하는 모든 가역 엔진은 동일한 효율을 갖습니다. Carnot 사이클은 이론적 인 이상적인 열역학적 사이클입니다. 등온 팽창에서는 가스에서 일정한 온도가 유지됩니다. Carnot 엔진은 Carnot Theorem에서 실행되는 시스템입니다
