Zdjęcie okładkowe (poglądowe) silnika. Na tle zdjęcia umieszczono tytuł "Cykl Carnota".
Zdjęcie okładkowe (poglądowe) silnika. Na tle zdjęcia umieszczono tytuł "Cykl Carnota".
Cykl Carnota
Źródło: dostępny w internecie: https://pixabay.com/pl/photos/silnik-motoryzacja-cylinder-1100580 [dostęp 12.06.2022], domena publiczna.
Czy to nie ciekawe?
Silnik cieplny to urządzenie zamieniające ciepło na pracę. Jego sprawność definiuje się jako stosunek wykonanej pracy do pobranego ciepła. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki nie jest możliwe stworzenie takiego silnika, którego sprawność wynosiłaby 100% (zob. Rys. a.). Jaka zatem może być maksymalna sprawność silnika cieplnego? Okazuje się, że istnieje pewien (nieco wyidealizowany i w praktyce bardzo trudny do zrealizowania) cykl termodynamiczny o największej możliwej sprawności, tzw. cykl Carnota. Z jakich przemian składa się ten cykl i jaka jest jego sprawność - dowiesz się z tego materiału.
RLehPbrR7ZRIg
Rys. a. Na lustracji z lewej strony jest oryginalny rysunek Leonarda da Vinci, przedstawiający koło, które według projektu ma się kręcić bez dostarczania energii. Do koła jest przymocowanych 12 prętów z ciężarkami na zewnętrznych końcach. Pręty zamocowane są na niesymetrycznych zawiasach. Zawiasy umożliwiają zwisanie pręta, gdy pręt znajduje się po lewej stronie koła. Gdy pręt znajdzie się po prawej stronie koła, jego kierunek jest zgodny z kierunkiem promienia koła. Po prawej stronie ilustracji znajduje się animacja, która ilustruje ciągły ruch koła w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Pręt w momencie przejścia na prawą stronę koła wychyla się w prawo i pociąga w dół prawą stronę koła. Odpowiedź na pytanie, dlaczego ten projekt nie może działać w rzeczywistości, najłatwiej znaleźć, analizując rysunek da Vinci. Widać na nim, że po prawej stronie jest mniej prętów z ciężarkami niż po lewej stronie koła. Zwisające po lewej stronie pręty są w mniejszych odległościach od siebie.
Rys. a. Na lustracji z lewej strony jest oryginalny rysunek Leonarda da Vinci, przedstawiający koło, które według projektu ma się kręcić bez dostarczania energii. Do koła jest przymocowanych 12 prętów z ciężarkami na zewnętrznych końcach. Pręty zamocowane są na niesymetrycznych zawiasach. Zawiasy umożliwiają zwisanie pręta, gdy pręt znajduje się po lewej stronie koła. Gdy pręt znajdzie się po prawej stronie koła, jego kierunek jest zgodny z kierunkiem promienia koła. Po prawej stronie ilustracji znajduje się animacja, która ilustruje ciągły ruch koła w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Pręt w momencie przejścia na prawą stronę koła wychyla się w prawo i pociąga w dół prawą stronę koła. Odpowiedź na pytanie, dlaczego ten projekt nie może działać w rzeczywistości, najłatwiej znaleźć, analizując rysunek da Vinci. Widać na nim, że po prawej stronie jest mniej prętów z ciężarkami niż po lewej stronie koła. Zwisające po lewej stronie pręty są w mniejszych odległościach od siebie.
Rys. a. Gdyby komuś kiedyś udało się stworzyć silnik cieplny o sprawności równej 100%, byłoby to równoważne stworzeniu perpetuum mobile drugiego rodzaju. Oczywiście stworzenie takiej maszyny jest niemożliwe, ponieważ to jest sprzeczne z zasadami termodynamiki. Na zamieszczonym rysunku pokazano projekt perpetuum mobile wg Leonarda da Vinci. Zastanów się, dlaczego ten projekt nie ma szans na realizację.
Rys. a. Gdyby komuś kiedyś udało się stworzyć silnik cieplny o sprawności równej 100%, byłoby to równoważne stworzeniu perpetuum mobile drugiego rodzaju. Oczywiście stworzenie takiej maszyny jest niemożliwe, ponieważ to jest sprzeczne z zasadami termodynamiki. Na zamieszczonym rysunku pokazano projekt perpetuum mobile wg Leonarda da Vinci. Zastanów się, dlaczego ten projekt nie ma szans na realizację.
Rys. a. Na lustracji z lewej strony jest oryginalny rysunek Leonarda da Vinci, przedstawiający koło, które według projektu ma się kręcić bez dostarczania energii. Do koła jest przymocowanych 12 prętów z ciężarkami na zewnętrznych końcach. Pręty zamocowane są na niesymetrycznych zawiasach. Zawiasy umożliwiają zwisanie pręta, gdy pręt znajduje się po lewej stronie koła. Gdy pręt znajdzie się po prawej stronie koła, jego kierunek jest zgodny z kierunkiem promienia koła. Po prawej stronie ilustracji znajduje się animacja, która ilustruje ciągły ruch koła w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Pręt w momencie przejścia na prawą stronę koła wychyla się w prawo i pociąga w dół prawą stronę koła. Odpowiedź na pytanie, dlaczego ten projekt nie może działać w rzeczywistości, najłatwiej znaleźć, analizując rysunek da Vinci. Widać na nim, że po prawej stronie jest mniej prętów z ciężarkami niż po lewej stronie koła. Zwisające po lewej stronie pręty są w mniejszych odległościach od siebie.
Twoje cele
Dzięki lekturze tego materiału:
dowiesz się, z jakich przemian składa się cykl Carnota,
poznasz definicję sprawności cyklu,
dowiesz się, jak wyrazić sprawność cyklu Carnota przez temperatury grzejnika i chłodnicy,
zastosujesz wzory wyrażające sprawność cyklu Carnota do obliczania temperatur grzejnika i chłodnicy,
zastosujesz wzory wyrażające sprawność cyklu Carnota do obliczania ciepła pobranego i oddanego w cyklu,
przeanalizujesz kolejne przemiany cyklu Carnota i ocenisz, w których przemianach praca wykonywana jest przez gaz, a w których przez siłę zewnętrzną,
przeanalizujesz kolejne etapy cyklu Carnota i ocenisz, w których przemianach ciepło jest pobierane, a w których oddawane.
