Mesin Carnot

Apa mesin Carnot?

Itu Mesin Carnot Ini adalah model siklik yang ideal di mana panas digunakan untuk melakukan pekerjaan. Sistem ini dapat dipahami sebagai piston yang bergerak di dalam silinder yang menekan gas. Siklus yang diberikan adalah carnot, yang dinyatakan oleh bapak termodinamika, fisikawan dan insinyur Prancis Nicolas Leonard Sadi Carnot.

Carnot menyatakan siklus ini di awal abad kesembilan belas. Mesin ini mengalami empat variasi keadaan, kondisi bergantian seperti suhu dan tekanan konstan, di mana variasi volume dibuktikan saat mengompresi dan mengembang gas.

Rumus

Menurut Carnot, membuat mesin ideal untuk variasi suhu dan tekanan dimungkinkan untuk memaksimalkan kinerja yang diperoleh.

Siklus Carnot harus dianalisis secara terpisah di masing -masing dari empat fase: ekspansi isotermal, ekspansi adiabatik, kompresi isotermal dan kompresi adiabatik.

Rumus yang terkait dengan masing -masing fase siklus yang diberikan pada mesin Carnot akan dirinci di bawah ini.

Ekspansi isotermal (A → B)

Tempat fase ini adalah sebagai berikut:

• Volume gas: Itu beralih dari volume minimum ke volume rata -rata.
• Suhu mesin: Suhu konstan T1, nilai tinggi (T1> T2).
• Tekanan mesin: Turun dari p1 ke p2.

Proses isotermal menyiratkan bahwa suhu T1 tidak bervariasi selama fase ini. Perpindahan panas menginduksi ekspansi gas, yang menginduksi pergerakan pada piston dan menghasilkan pekerjaan mekanis.

Saat mengembang, gas menghadirkan kecenderungan tertentu untuk mendingin. Namun, ia menyerap panas yang dipancarkan oleh sumber suhu dan selama ekspansi ia mempertahankan suhu konstan.

Dapat melayani Anda: berapa kecepatan linier? (Dengan latihan terpecahkan)

Karena suhu tetap konstan selama proses ini, energi internal gas tidak berubah, dan semua panas yang diserap oleh gas secara efektif ditransformasikan menjadi pekerjaan. Jadi:

Di sisi lain, pada akhir fase siklus ini juga dimungkinkan untuk mendapatkan nilai tekanan menggunakan persamaan gas ideal untuk itu. Dengan cara ini, Anda memiliki yang berikut:

Dalam ungkapan ini:

• P₂: Tekanan di akhir fase.
• V_B: Volume pada titik b.
• N: Jumlah mol gas.
• A: Konstanta Gas Ideal Universal. R = 0,082 (atm*liter)/(mol*k).
• T1: Suhu awal absolut, gelar Kelvin.

Ekspansi adiabatik (B → C)

Selama fase proses ini, ekspansi gas dilakukan tanpa perlu bertukar panas. Dengan cara ini, tempat tersebut dirinci di bawah ini:

• Volume gas: Itu beralih dari volume rata -rata ke volume maksimum.
• Suhu mesin: Turun dari T1 ke T2.
• Tekanan mesin: tekanan p2 konstan.

Proses adiabatik menyiratkan bahwa tekanan P2 tidak bervariasi selama fase ini. Suhu berkurang dan gas terus meluas hingga mencapai maksimum volumenya; Artinya, piston mencapai puncak.

Dalam hal ini, pekerjaan yang dilakukan berasal dari energi internal gas dan nilainya negatif karena energi berkurang selama proses ini.

Dengan asumsi bahwa itu adalah gas yang ideal, teorinya dipertahankan bahwa molekul gas hanya memiliki energi kinetik. Menurut prinsip termodinamika, ini dapat disimpulkan oleh formula berikut:

Dalam formula ini:

• ∆U_{B → c}: Variasi energi internal gas ideal antara titik B dan C.
• N: Jumlah mol gas.
• CV: kapasitas panas molar gas.
• T1: Suhu awal absolut, gelar Kelvin.
• T2: Suhu akhir absolut, gelar Kelvin.

Dapat melayani Anda: Proses Isobarik: Rumus, Persamaan, Eksperimen, Latihan

Kompresi isotermik (C → D)

Dalam fase ini kompresi gas dimulai; Artinya, piston dimobilisasi ke dalam silinder, yang dengannya gas mengontrak volumenya.

Kondisi yang melekat dalam proses ini dirinci di bawah ini:

• Volume gas: Itu beralih dari volume maksimum ke volume perantara.
• Suhu mesin: Suhu konstan T2, nilai berkurang (T2 < T1).
• Tekanan mesin: Meningkat dari P2 ke P1.

Di sini tekanan pada gas meningkat, jadi mulai memompres. Namun, suhunya tetap konstan dan, oleh karena itu, variasi energi internal gas adalah nol.

Analog dengan ekspansi isotermal, pekerjaan yang dilakukan sama dengan panasnya sistem. Jadi:

Juga layak untuk menemukan tekanan pada titik ini menggunakan persamaan gas yang ideal.

Kompresi adiabatik (D → A)

Ini adalah fase terakhir dari proses, di mana sistem kembali ke kondisi awalnya. Untuk melakukan ini, kondisi berikut dipertimbangkan:

• Volume gas: Ia beralih dari volume perantara ke volume minimum.
• Suhu mesin: Meningkat dari T2 ke T1.
• Tekanan mesin: tekanan konstan p1.

Sumber panas dimasukkan ke dalam sistem pada fase sebelumnya dihilangkan, sehingga gas ideal akan meningkatkan suhunya sementara itu tekanan tetap konstan.

Gas kembali ke kondisi suhu awal (T1) dan pada volumenya (minimum). Sekali lagi, pekerjaan yang dilakukan berasal dari energi internal gas, jadi Anda harus:

Mirip dengan kasus ekspansi adiabatik, layak untuk mendapatkan variasi energi gas melalui ekspresi matematika berikut:

Dapat melayani Anda: kalsium fluoride (caf2): struktur, sifat, penggunaan

Bagaimana cara kerja mesin Carnot?

Mesin Carnot berfungsi sebagai mesin di mana kinerja dimaksimalkan dengan variasi proses isotermal dan adiabatik, bergantian fase ekspansi dan pemahaman gas yang ideal.

Mekanisme ini dapat dipahami sebagai perangkat ideal yang melaksanakan pekerjaan yang mengalami variasi panas, mengingat keberadaan dua lampu sorot suhu.

Dalam fokus pertama, sistem terpapar pada suhu T1. Ini adalah suhu tinggi yang menundukkan sistem untuk menekankan dan menghasilkan ekspansi gas.

Pada gilirannya, ini diterjemahkan ke dalam pelaksanaan pekerjaan mekanis yang memungkinkan mobilisasi piston keluar dari silinder, dan yang batasnya hanya dimungkinkan dengan ekspansi adiabatik.

Kemudian muncul fokus kedua, di mana sistem terpapar suhu T2, kurang dari T1; yaitu, mekanismenya dapat didinginkan.

Ini menginduksi ekstraksi panas dan penghancuran gas, yang mencapai volume awal setelah kompresi adiabatik.

Aplikasi

Mesin Carnot telah banyak digunakan berkat kontribusinya dalam memahami aspek terpenting dari termodinamika.

Model ini memungkinkan Anda untuk memahami dengan jelas variasi gas ideal yang mengalami perubahan suhu dan tekanan, yang merupakan metode referensi saat merancang mesin nyata.