Carnot’n kierto

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Carnot'n kiertoa kuvaava paine-tilavuus -graafi:
1-2 Kaasu laajenee isotermisesti absorboiden lämpöenergiaa.
2-3 Kaasu laajenee adiabaattisesti lämpötilan tippuessa.
3-4 Kaasu puristuu isotermisesti emittoiden lämpöenergiaa.
4-1 Kaasu puristuu adiabaattisesti nostaen lämpötilaansa.

Carnot’n kierto on ranskalaisen insinöörin Sadi Carnot’n vuonna 1824 keksimä idealisaatio lämpövoimakoneesta, jonka hyötysuhde on mahdollisimman suuri.[1]

Carnot’n kierron vaiheet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kun lämpövoimakoneen hyötysuhde halutaan maksimoida, on sen toiminnan vaiheiden oltava reversiibeleitä, eli sellaisia, jotka voivat kulkea myös päinvastaiseen suuntaan. Lisäksi kierto ei saa lisätä entropiaa. Todellisuudessa lämpövoimakoneet eivät noudata näitä ideaalisen kierron sääntöjä.[2]

Carnot’n kierto koostuu neljästä vaiheesta, joista kaksi on adiabaattisia (eli kaasu ei tällöin luovuta eikä vastaanota lämpöenergiaa) ja kaksi isotermisiä (kaasun lämpötila pysyy vakiona). Lämpövoimakone ottaa sisäänsä kaasua lämpöisemmästä säiliötä (lämpötila \scriptstyle T_H) ja lopulta luovuttaa sisällään kylmenneen kaasun kylmän kaasun säiliöön (lämpötila \scriptstyle T_C). Carnot'n lämpövoimakoneen kierrot koostuvat identtisistä sykleistä: syklin alku- ja lopputila ovat aina samat.

Carnot’n kierron vaiheet ovat [1]

  1. Kaasu laajenee isotermisesti (lämpötila on vakio \scriptstyle T_H), jonka aikana se ottaa vastaan lämpöenergiaa jostakin ulkoisesta lähteestä, esimerkiksi palavasta aineesta\scriptstyle Q_H verran. Laajetessaan kaasu voi esimerkiksi työntää mäntää ja näin ollen tehdä mekaanista työtä.
  2. Kaasu laajenee adiabaattisesti, kunnes sen lämpötila on pudonnut arvoon \scriptstyle T_C.
  3. Kaasu puristuu isotermisesti (lämpötila on vakio \scriptstyle T_C) emittoiden lämpöenergiaa pois \scriptstyle |Q_C| verran.
  4. Kaasu puristuu adiabaattisesti, kunnes sen lämpötila on noussut alkuperäiseen arvoonsa.

Yhtälöitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Carnot’n lämpövoimakoneen lämpöenergioiden itseisarvojen suhde on sama kuin absoluuttisten lämpötilojen suhde, eli

\frac{|Q_C|}{|Q_H|} = \frac{T_C}{T_H}.

Carnot’n voimakoneen hyötysuhde määritellään yhtälöllä [3]

\eta = 1-\frac{T_C}{T_H}.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 766. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  2. HyperPhysics - Carnot Cycle (html) (englanniksi)
  3. Yunus A. Çengel & Robert H. Turner: Fundamentals of thermal-fluid sciences, 2. edition, s. 355. McGraw-Hill Professional, 2004. ISBN 978-0-07-245426-0. Google Book. (englanniksi)