- Rumusan
- Pengembangan isotermal (A → B)
- Pengembangan Adiabatik (B → C)
- Pemampatan isotermal (C → D)
- Mampatan Adiabatik (D → A)
- Bagaimana mesin Carnot berfungsi?
- Permohonan
- Rujukan
The mesin Carnot merupakan model kitaran ideal di mana haba digunakan untuk melakukan kerja. Sistem ini dapat difahami sebagai piston yang bergerak di dalam silinder memampatkan gas. Kitaran yang dijalankan adalah dari Carnot, yang disebut oleh bapa termodinamik, ahli fizik dan jurutera Perancis Nicolas Léonard Sadi Carnot.
Carnot mengucapkan kitaran ini pada awal abad ke-19. Mesin dikenakan empat variasi keadaan, keadaan bergantian seperti suhu dan tekanan tetap, di mana variasi isipadu terlihat ketika memampatkan dan mengembang gas.
Nicolas Léonard Sadi Carnot
Rumusan
Menurut Carnot, meletakkan mesin yang ideal pada variasi suhu dan tekanan adalah mungkin untuk memaksimumkan prestasi yang diperoleh.
Kitaran Carnot mesti dianalisis secara berasingan dalam setiap empat fasa: pengembangan isotermal, pengembangan adiabatik, pemampatan isotermal, dan pemampatan adiabatik.
Rumus yang berkaitan dengan setiap fasa kitaran yang dijalankan di mesin Carnot akan diperincikan di bawah.
Pengembangan isotermal (A → B)
Premis fasa ini adalah seperti berikut:
- Isi padu gas: ia naik dari jumlah minimum ke isi padu.
- Suhu mesin: suhu tetap T1, nilai tinggi (T1> T2).
- Tekanan mesin: turun dari P1 ke P2.
Proses isotermal menunjukkan bahawa suhu T1 tidak berubah semasa fasa ini. Pemindahan haba mendorong pengembangan gas, yang mendorong pergerakan pada omboh dan menghasilkan kerja mekanikal.
Semasa gas mengembang, ia cenderung untuk sejuk. Walau bagaimanapun, ia menyerap haba yang dipancarkan oleh sumber suhu dan mengekalkan suhu tetap semasa pengembangannya.
Oleh kerana suhu tetap berterusan semasa proses ini, tenaga dalaman gas tidak berubah, dan semua haba yang diserap oleh gas secara efektif diubah menjadi kerja. Jadi:
Sebahagiannya, pada akhir fasa kitaran ini juga dapat memperoleh nilai tekanan menggunakan persamaan gas yang ideal. Oleh itu, kami mempunyai perkara berikut:
Dalam ungkapan ini:
P 2 : Tekanan pada akhir fasa.
V b : Isipadu pada titik b.
n: Bilangan mol gas.
J: Pemalar universal gas ideal. R = 0.082 (atm * liter) / (tahi lalat * K).
T1: suhu awal mutlak, darjah Kelvin.
Pengembangan Adiabatik (B → C)
Semasa fasa proses ini, pengembangan gas berlaku tanpa perlu menukar haba. Oleh itu, premisnya diperincikan di bawah:
- Isi padu gas: ia naik dari jumlah purata ke jumlah maksimum.
- Suhu mesin: turun dari T1 ke T2.
- Tekanan mesin: tekanan berterusan P2.
Proses adiabatik menyiratkan bahawa tekanan P2 tidak berbeza semasa fasa ini. Suhu menurun dan gas terus mengembang sehingga mencapai jumlah maksimum; iaitu, omboh mencapai hentian.
Dalam kes ini, kerja yang dilakukan berasal dari tenaga dalaman gas dan nilainya negatif kerana tenaga menurun semasa proses ini.
Dengan mengandaikan bahawa ia adalah gas yang ideal, teori berpendapat bahawa molekul gas hanya mempunyai tenaga kinetik. Menurut prinsip termodinamik, ini dapat disimpulkan dengan formula berikut:
Dalam formula ini:
∆U b → c : Variasi tenaga dalaman gas ideal antara titik b dan c.
n: Bilangan mol gas.
Cv: Kapasiti haba molar gas.
T1: suhu awal mutlak, darjah Kelvin.
T2: Suhu akhir mutlak, darjah Kelvin.
Pemampatan isotermal (C → D)
Pada fasa ini pemampatan gas bermula; iaitu, omboh bergerak ke dalam silinder, di mana gas menguncup isinya.
Keadaan yang terdapat pada fasa proses ini diperincikan di bawah:
- Isi padu gas: ia bergerak dari isipadu maksimum ke isi padu
- Suhu mesin: suhu tetap T2, nilai dikurangkan (T2 <T1).
- Tekanan mesin: meningkat dari P2 ke P1.
Di sini tekanan pada gas meningkat, sehingga ia mula memampatkan. Walau bagaimanapun, suhu tetap dan oleh itu, variasi tenaga dalaman gas adalah sifar.
Sesuai dengan pengembangan isotermal, kerja yang dilakukan sama dengan kepanasan sistem. Jadi:
Adalah mungkin untuk mencari tekanan pada ketika ini menggunakan persamaan gas yang ideal.
Mampatan Adiabatik (D → A)
Ini adalah fasa terakhir proses, di mana sistem kembali ke keadaan awal. Untuk ini, syarat berikut dipertimbangkan:
- Isi padu gas: ia naik dari isipadu pertengahan ke isipadu minimum.
- Suhu mesin: meningkat dari T2 ke T1.
- Tekanan mesin: tekanan berterusan P1.
Sumber haba yang dimasukkan dalam sistem pada fasa sebelumnya ditarik, sehingga gas yang ideal akan menaikkan suhu selagi tekanan tetap.
Gas kembali ke keadaan awal suhu (T1) dan isipadu (minimum). Sekali lagi, kerja yang dilakukan berasal dari tenaga dalaman gas, jadi anda harus:
Sama dengan kes pengembangan adiabatik, adalah mungkin untuk memperoleh variasi tenaga gas melalui ungkapan matematik berikut:
Bagaimana mesin Carnot berfungsi?
Mesin Carnot berfungsi sebagai mesin di mana prestasi dimaksimumkan dengan memvariasikan proses isotermal dan adiabatik, bergantian fasa pengembangan dan pemampatan gas yang ideal.
Mekanisme dapat dipahami sebagai alat yang ideal yang melakukan pekerjaan yang mengalami variasi panas, mengingat adanya dua sumber suhu.
Pada fokus pertama, sistem terkena suhu T1. Ia adalah suhu tinggi yang memberi tekanan pada sistem dan menyebabkan gas mengembang.
Pada gilirannya, ini diterjemahkan ke dalam pelaksanaan kerja mekanik yang memungkinkan mobilisasi piston keluar dari silinder, dan yang berhenti hanya mungkin melalui pengembangan adiabatik.
Kemudian muncul fokus kedua, di mana sistem terdedah kepada suhu T2, lebih rendah daripada T1; iaitu mekanisme tersebut disejukkan.
Ini mendorong pengekstrakan haba dan penghancuran gas, yang mencapai jumlah awal setelah pemampatan adiabatik.
Permohonan
Mesin Carnot telah digunakan secara meluas berkat sumbangannya dalam memahami aspek termodinamik yang paling penting.
Model ini memungkinkan pemahaman yang jelas mengenai variasi gas ideal yang bergantung pada perubahan suhu dan tekanan, menjadikannya metode rujukan ketika merancang mesin sebenar.
Rujukan
- Kitaran Mesin Panas Carnot dan Undang-undang ke-2 (sf). Dipulihkan dari: nptel.ac.in
- Castellano, G. (2018). Mesin Carnot. Dipulihkan dari: famaf.unc.edu.ar
- Kitaran Carnot (sf). Dipastikan. Havana Cuba. Dipulihkan dari: ecured.cu
- Kitaran Carnot (nd). Dipulihkan dari: sc.ehu.es
- Fowler, M. (nd). Mesin Panas: Kitaran Carnot. Dipulihkan dari: galileo.phys.virginia.edu
- Wikipedia, Ensiklopedia Percuma (2016). Mesin Carnot. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org