Ciclul Carnot. Maşina termică cu randament maxim.

în cele 12 lecții de termodinamică

sunt vorbit despre ciclu carnot

și vom discuta despre randamentul

maxim al mașinilor termice mașinile

termice și randamentul lor Au fost

prezentate în lecțiile precedente

de termodinamică care nu au observat

că mașinile termice adică mașinile

ce Transformă căldura în lucru

mecanic fac acest lucru Doar în

procese ciclice bitter adică un

sistem în care mașina termică e

cuplată atât la o sursă caldă cât

și la un suc să reci alt fel spus

o mașină termică nu poate funcționa

în tu un proces ciclic monoterma

la temperatură constantă se numește

ciclu carnot sau proces ciclic

de tip karnaugh procesul deschis

în această diagramă clapeyron presiune

volum care are următoarele următoarele

patru procese sau patru timpi de

funcționare procesul Care este

procesul ideal Romi explica imediat

De ce este ideal format din izoterma

unu doi dintre stele unu și doi

Deci acest proces are loc la temperatură

constantă T1 și în cadrul procesului

1 2 sistemul primește căldură de

la sursa ca el este în contact

cu sursa caldă aflată la temperatură

de 1 și primește energie sub formă

de căldură apoi avem procesul adiabatic

2.3 adiabatic înseamnă proces fără

schimb de căldură în care sistemul

se destinde are loc cu o dilatare

a sistemului apoi avem o izotermă

între stările 3 și 4 deci temperatura

este constantă și egală cu T2 Care

este temperatura sursei reci în

acest proces are loc cedare de

căldură aici avem q cedat mai mic

decât 0 căldură cedată către această

sursă rece și în fine ultimul proces

este adiabata dintre procesul adiabatic

dintre stările 4:01 care în care

avem o compresie la căldură zero

adică nu avem schimb de căldură

de aici numere de adiabatic acest

proces este ideal din două motive

primul este principial și anume

acela că este definit ca un proces

ciclic reversibil ne întoarcem

în punctul în starea unu din care

am plecat Ce Ce înseamnă că este

un proces ciclic reversibil în

realitate în mașinile termice niciodată

nu avem procese reversibile cea

de a doua în cel al doilea motiv

pentru care acest tip de proces

nu poate fi în realitate este faptul

că presupunem că temperatura este

menținută constantă pe cele două

izovat izoterme scuzați cele două

izoterme 1 2 și 3 4 acest lucru

ar putea fi făcut dar numai prin

cuplarea motorului la două și anumite

rezervoare de temperatură adică

sisteme mari de volum mare de masă

mare comparată cu comparație cu

motorul aflată la temperatură constantă

care în acest fel ar putea să mențină

motorul la aceste două temperaturi

fixe în cele două procese în practică

este greu de realizat un asemenea

lucru totuși să continuăm să calculăm

randamentul acestui ciclu veți

vedea De ce este important deci

în procesul 1 2 care este o izotermă

avem că variația energiei interne

1.2 este prin definiție 0 pentru

că această variație după cum am

văzut este nu CV de el tate de

ce este 0 pentru că este izoterma

iar căldura primită pe care o notăm

cu și cu q 1 este egal în consecință

cu lucrul mecanic în acest proces

1 2 lucru mecanic a procesului

izoterm la Am calculat în prezentarea

procesului izoterm și am văzut

că este nu e r t 1 înmulțit cu

logaritm natural din 2 supra V1

volumul final împărțit la volumul

inițial Care vedem că este medic

în 0 Deci întradevăr căldura din

procesul 1 2 este proporțional

cu logaritm din volumul final împărțit

la volumul inițial Care este un

un un raport supraunitar Deci logaritmul

este pozitiv Deci căldura este

primită fiind pozitiv pentru celălalt

proces izoterm adică 3 4 putem

scrie că la fel Delta cu 3 4 este

egal cu 0 datorită aceluiași fapt

că Delta t este 0 iar q cedat care

putem să notăm cu q 2 și este egal

cu lucrul mecanic în procesul trei

patru căldura este egal cu lucrul

mecanic datorită faptului că Dl

taoiste 0 și după cum vă amintiți

din definiția variației energiei

interne un scriu aicea de al tau

prin definiție este q minus el

Deci dacă intru în proces avem

de al tau 0 atunci căldura este

egal cu lucrul mecanic Și de ce

va fi egal cu 2 logaritm natural

din volumul final V4 împărțit la

volumul inițial vetrei dar în acest

caz de 4 este mai mic decât vetrei

acest raport este mai mic decât

1 iar logaritm din număr subunitar

este negativ De ce intră adevăr

avem de a face cu un proces în

care se cedează căldură în fine

lucru randamentul este egal cu

1 minus modul din căldura cedată

împărțită la căldura Primită în

concluzie să scriem acest randament

am desenat același grafic al procesului

carno și deci putem scrie continuând

că e paramentul este 1 minus 2

supra 1 înmulțit cu logaritm natural

din J3 împărțit la V4 am inversat

volumele pentru a obține modulul

căldurii cedate Deci în felul acesta

avem un raport supraunitar aici

Ce este pozitiv împărțit la logaritm

natural din 2 împărțit la vs trebuie

calculat acestora porno din adiabata

2 3 Deci procesul de la 2 la 3

este adiabatic schimbul de căldură

este nul și putem scrie ecuația

pawson t1 t2 la gama minus 1 este

egal cu pe 2 V3 la gama minus 1

V2 și V3 fiind volumele inițiale

și finale la fel pentru adiabata

patru unu q este egal cu 0 putem

scrie că te unul V1 la gama minus

1 este egal cu T2 V4 la gama minusul

1901 și V4 sunt stările finală

și inițială făcând raportul dintre

aceste Două ecuații se obține imediat

că v-2 împărțit la v-1 la gama

minus 1 este egal cu b 3 împărțit

la V4 la gama minus 1 Deci imediat

că vei 3 împărțit la V4 este egal

cu V2 împărțit la v-1 Deci acești

doi factori se pot simplifica și

obținem că randamentul ciclului

carnot este egal cu 1 minus 2 împărțit

la T1 unde te 2 este mai mic decât

eu deja dar mentul este așa cum

ar fi trebuit subunitară bun Care

este motivul pentru care studiem

acest ciclu carnot din moment ce

am spus că el reprezintă un ciclu

de el nu poate fi aplicat practic

într o eventuală mașină car mașină

termică Carlo sunt două motive

primul rezidă în așa numita teoremă

carno care spune că randamentul

mașinii reversibile ideale carno

adică cea bazată pe este mai mare

decât cel al cărei mașini ireversibile

reale funcționând între aceleași

temperaturii de simplu spunând

orice mașină termică am construit

va avea un randament care va fi

mai mic decât acest decât Rada

randamentul acestui ciclu numit

Carlo Deci o prima consecință este

că am obținut o valoare maximă

teoretică a randamentului ce poate

fi obținut pentru o mașină termică

și am obținut și condițiile în

care acest randament maxim ideal

ar fi obținut și anume ne trebuie

o mașină care se funcționează între

un circuit reversibil ciclism conectat

la două rezervoare mari de căldură

de temperatură mașinile reale în

schimb sunt ireversibile Deci nu

putem obținem acest tip de randament

în realitate un al doilea și mai

important motiv pentru care ciclul

carnot și randamentul ciclului

carnot este important îl veți vedea

în următoarea lecție De termodinamică

unde il va duce la noțiunea de

entropie și în final la cel de

al doilea principiu al termodinamicii

De ce la are implicații teoretice

important De aceea pentru a finaliza

această lecție totuși să vorbim

despre randamentul maxim care se

poate obține realitate acesta este

motorul cu reacție nici motorul

cu reacție este motorul unui avion

sau unei rachete ce vedem în această

imagine este un motor cu reacție

al unui Ion cred că este iarba

în care care a fost deschis pentru

întreținere deci putem să vedem

principalele componente motorul

cu reacție este un motor termic

în patru timpi ca de obicei a cărui

diagramă TV presiune volum o prezentăm

schematizat aici bineînțeles este

ceva mai complicat decât decât

această diagramă ciclul dar principalele

elemente sunt prezente în această

diagramă și anume avem procesul

1 2 care este admisie a aerului

în motor și compresia lui adiabatic

Deci în acest proces avem căldură

egal cu 0 de la 1 la 2 în acest

în această fază aerul Care este

absorbit este compresat puternic

și amestecat cu kerosen apoi urmează

procesul 2 3 care este izobar în

care acest amestec aer kerozin

este aprins are loc o explozie

izobară Deci 2.3 este un proces

izobar de explozie de ardere a

acestui amestec aer combustibil

în în care bineînțeles avem o căldură

primită de către sistem prin procesul

de Arte apoi urmează în mod Evident

destinderea adiabatică a gazelor

de ardere De ce norma arderii se

produc foarte multe gaze la temperaturi

foarte mari care se expandează

rapid și Deci avem un proces adiabatic

de expansiune de destindere a gazelor

de artere și în final procesul

patru unu ca de obicei avem evacuarea

evacuarea prin spate prin spatele

motorului a acestor gaze de ardere

Deci mod Evident în acest proces

vom avea o cedare de căldură către

mediul extern acest motor este

motorul cu randament maxim din

mai multe motive voi Număra cele

principale primul este că avem

compresia maximă care are loc între

izobară și a23 dacă va aduceți

aminte din lecția precedentă în

care am discutat despre diferența

dintre motorul diesel și motorul

Otto și motorul diesel tinde să

aibă om un randament mai mare decât

motorul Otto pentru că explozia

Care este sau arderea Care este

procesul principal are loc între

izobară și nu întru izocor acest

fapt permite compresia maximală

sau compresie mai mare a amestecului

de combustibil cu aer acesta duce

la un randament mai mare de asemeni

iar și unul cu Important despre

motorul cu reacție este că puterea

se produce un flux continuu discutam

Iarăși pentru motoarele Otto și

diesel că puterea se produce întru

singur timp din cei patru motive

pentru care acolo cuplat mai multe

motoare adică mai mulți cilindri

care funcționau stâng secvențial

a astfel încât produsul de în producerea

de putere să fie continuă același

lucru e valabil și aici anume că

puterea sau lucrul mecanic este

produs întru un singur timp în

cazul acesta în timpul destinderii

adiabatice dar toate cele toate

tot timpul cei 4 timpi ai motorului

cu reacție se întâmplă în același

timp pentru că fluxul de aer este

continuu Deci nu avem o întrerupere

a unuia din cei 4 timpi Deci producerea

de putere este continuă de asemeni

nu lucru Important este că acest

motor nu are părți mobile precum

pistoanele din celelalte motoare

termice în consecință frecarea

dintre componentele motorului este

redusă la o minim ceea ce reduce

disiparea energiei în consumare

a energiei inutil Toate aceste

lucruri plus alte amănunte tehnologice

fac ca motorul cu reacție să fie

la ora actuală motorul cu puterea

și randamentul maxim