Машинные формулы Карно, как это работает и области применения



Машина Карно это идеальная циклическая модель, в которой тепло используется для работы. Под системой можно понимать поршень, который движется внутри цилиндра, сжимающего газ. Используется цикл Карно, провозглашенный отцом термодинамики французским физиком и инженером Николя Леонаром Сади Карно.

Карно провозгласил этот цикл в начале 19 века. Машина подвергается четырем изменениям состояния, чередующимся условиям, таким как температура и постоянное давление, при которых наблюдается изменение объема при сжатии и расширении газа..

индекс

  • 1 формулы
    • 1.1 Изотермическое расширение (A → B)
    • 1.2 Адиабатическое расширение (B → C)
    • 1.3 Изотермическое сжатие (C → D)
    • 1.4 Адиабатическое сжатие (D → A)
  • 2 Как работает машина Карно?
  • 3 Приложения
  • 4 Ссылки

формулы

По словам Карно, подвергая идеальную машину изменениям температуры и давления, можно максимизировать полученный урожай.

Цикл Карно должен анализироваться отдельно в каждой из четырех фаз: изотермическое расширение, адиабатическое расширение, изотермическое сжатие и адиабатическое сжатие.

Далее будут подробно описаны формулы, связанные с каждой из фаз цикла, выполняемого на машине Карно..

Изотермическое расширение (A → B)

Предпосылки этого этапа следующие:

- Объем газа: идет от минимального объема до среднего объема.

- Температура машины: постоянная температура T1, высокое значение (T1> T2).

- Давление машины: снижается с P1 до P2.

Изотермический процесс подразумевает, что температура T1 не изменяется в течение этой фазы. Передача тепла вызывает расширение газа, которое вызывает движение поршня и производит механическую работу.

При расширении газ имеет тенденцию к охлаждению. Однако он поглощает тепло, выделяемое источником температуры, и во время своего расширения поддерживает постоянную температуру..

Поскольку температура остается постоянной во время этого процесса, внутренняя энергия газа не изменяется, и все тепло, поглощаемое газом, эффективно превращается в работу. таким образом:

С другой стороны, в конце этой фазы цикла также можно получить значение давления, используя для него уравнение идеального газа. Таким образом, у вас есть следующее:

В этом выражении:

P2: Давление в конце фазы.

Вб: Объем в точке б.

n: количество молей газа.

Р: Универсальная постоянная идеальных газов. R = 0,082 (атм * литр) / (молей * K).

T1: абсолютная начальная температура, градусы Кельвина.

Адиабатическое расширение (B → C)

Во время этой фазы процесса расширение газа происходит без необходимости теплообмена. Таким образом, помещения подробно описаны ниже:

- Объем газа: идет от среднего объема до максимального объема.

- Температура машины: понижается от T1 до T2.

- Давление машины: постоянное давление P2.

Адиабатический процесс подразумевает, что давление P2 не изменяется во время этой фазы. Температура снижается, и газ продолжает расширяться, пока не достигнет своего максимального объема; то есть поршень достигает вершины.

В этом случае работа выполняется за счет внутренней энергии газа, и ее значение является отрицательным, так как энергия уменьшается в ходе этого процесса..

Предполагая, что это идеальный газ, теория утверждает, что молекулы газа имеют только кинетическую энергию. Согласно принципам термодинамики это можно вывести по следующей формуле:

В этой формуле:

& Dgr;b → c: Изменение внутренней энергии идеального газа между точками b и c.

n: количество молей газа.

Cv: молярная теплоемкость газа.

T1: абсолютная начальная температура, градусы Кельвина.

T2: абсолютная конечная температура, градусы Кельвина.

Изотермическое сжатие (C → D)

На этом этапе начинается сжатие газа; то есть поршень движется в цилиндр, с помощью которого газ сокращает свой объем.

Условия, присущие этой фазе процесса, подробно описаны ниже:

- Объем газа: идет от максимального объема до промежуточного объема.

- Температура машины: постоянная температура T2, пониженное значение (T2 < T1).

- Давление машины: увеличивается от P2 до P1.

Здесь давление на газ увеличивается, поэтому он начинает сжиматься. Тем не менее, температура остается постоянной и, следовательно, изменение внутренней энергии газа равно нулю.

Аналогично изотермическому расширению, проделанная работа равна теплу системы. таким образом:

Также возможно найти давление в этой точке, используя уравнение идеального газа..

Адиабатическое сжатие (D → A)

Это последняя фаза процесса, в которой система возвращается к своим начальным условиям. Для этого учитываются следующие условия:

- Объем газа: идет от промежуточного объема до минимального объема.

- Температура машины: увеличивается от T2 до T1.

- Давление машины: постоянное давление P1.

Источник тепла, включенный в систему на предыдущем этапе, удаляется, так что идеальный газ будет повышать свою температуру, пока давление остается постоянным.

Газ возвращается к начальным температурным условиям (Т1) и его объему (минимум). Еще раз, проделанная работа происходит от внутренней энергии газа, поэтому вы должны:

Как и в случае адиабатического расширения, возможно получить изменение энергии газа с помощью следующего математического выражения:

Как работает машина Карно?

Машина Карно работает как двигатель, в котором производительность максимизируется за счет изменения изотермических и адиабатических процессов, чередования фаз расширения и понимания идеального газа..

Механизм может быть понят как идеальное устройство, которое выполняет работу, подвергающуюся изменениям температуры, учитывая существование двух температурных центров.

В первом фокусе система подвергается воздействию температуры T1. Это высокая температура, которая нагружает систему и вызывает расширение газа.

В свою очередь это приводит к выполнению механической работы, которая позволяет поршню выйти из цилиндра, и остановка которого возможна только при адиабатическом расширении..

Затем следует второй фокус, при котором система подвергается воздействию температуры T2, меньшей, чем T1; то есть механизм подвержен охлаждению.

Это вызывает отвод тепла и дробление газа, которое достигает своего первоначального объема после адиабатического сжатия..

приложений

Машина Карно широко использовалась благодаря ее вкладу в понимание самых важных аспектов термодинамики..

Эта модель позволяет четко понимать вариации идеальных газов, подверженных изменениям температуры и давления, что является эталонным методом при проектировании реальных двигателей..

ссылки

  1. Цикл Тепловой машины Карно и 2-й закон (с.ф.). Получено из: nptel.ac.in
  2. Castellano, G. (2018). Машина карно. Получено с: famaf.unc.edu.ar
  3. Цикл Карно (ср.). Гавана, Куба Получено от: ecured.cu
  4. Цикл Карно (ср.). Получено от: sc.ehu.es
  5. Фаулер, М. (с.ф.). Тепловые двигатели: цикл Карно. Получено от: galileo.phys.virginia.edu
  6. Википедия, Свободная энциклопедия (2016). Машина карно. Получено с: en.wikipedia.org