Cykl Carnota
Cykl Carnota to obieg termodynamiczny składający się z dwóch procesów izotermicznych i dwóch adiabatycznych. Jest to cykl odwracalny, który wykorzystuje czynnik termodynamiczny, taki jak gaz, oraz dwa źródła ciepła: górne (T1) i dolne (T2).
Przebieg cyklu
Cykl Carnota obejmuje następujące procesy:
- Rozprężanie izotermiczne: Czynnik roboczy pobiera ciepło z górnego źródła ciepła (TH) podczas rozprężania.
- Rozprężanie adiabatyczne: Czynnik roboczy rozpręża się bez wymiany ciepła, osiągając temperaturę dolnego źródła ciepła (TC).
- Sprężanie izotermiczne: Czynnik oddaje ciepło do chłodnicy (TC) podczas sprężania.
- Sprężanie adiabatyczne: Czynnik roboczy spręża się bez wymiany ciepła, wracając do temperatury górnego źródła ciepła (TH).
Wnioski
Po zakończeniu cyklu czynnik roboczy wraca do stanu początkowego, co czyni cykl zamkniętym. W procesach sprężania praca jest wykonywana nad układem, a podczas rozprężania układ wykonuje pracę. Ilość pracy wykonywanej przez układ jest większa, gdy T1 > T2. Ciepło pobierane ze źródła częściowo oddawane jest do chłodnicy, a reszta przekształcana w pracę.
Sprawność cyklu
Sprawność cyklu Carnota określa się jako stosunek pracy wykonanej przez układ do ciepła pobranego ze źródła:
Sprawność cyklu Carnota nie zależy od czynnika roboczego, a jedynie od temperatur źródła ciepła i chłodnicy. Na przykład, dla T1=373 K (wrzenie wody) i T2=300 K (temperatura pokojowa) sprawność wynosi około 20%.
Carnot udowodnił, że każdy odwracalny cykl zamknięty ma sprawność mniejszą od cyklu Carnota. Cykl Carnota może również działać w odwrotnym kierunku, co oznacza, że energia cieplna jest przekazywana od ciała chłodniejszego do cieplejszego, co ma miejsce w pracy pomp ciepła. Rzeczywiste pompy ciepła mają jednak niższą sprawność niż cykl Carnota z powodu różnic temperatur między czynnikami roboczymi a źródłami ciepła.
