CYCLE CARNOT
Nicolas Léonard Sadi Carnot, un ingénieur mécanique français, scientifique et physicien, a présenté un moteur thermique connu sous le nom de moteur Carnot dans le livre « Réflexions sur la puissance motrice du feu. Il conduit à être le fondement de la deuxième loi de la thermodynamique et de l'entropie. La contribution de Carnot contient une remarque qui lui a valu le titre de « Père de la thermodynamique.
Table des matières
cycle de Carnot en thermodynamique | principe de fonctionnement du cycle de Carnot | cycle de Carnot idéal | thermodynamique du cycle de Carnot | Définition carnot | Principe de fonctionnement du cycle Carnot | air standard cycle de Carnot| Cycle Carnot réversible.
Le cycle de Carnot est le cycle théorique qui fonctionne sous deux réservoirs thermiques (Th & Tc) subissant simultanément une compression et une détente.
Il se compose de quatre processus réversibles, dont deux sont isothermes, c'est-à-dire à température constante suivis alternativement de deux processus réversibles. processus adiabatiquepar exemple.
Le milieu de travail utilisé dans le cycle Sadi-Carnot est l'air atmosphérique.
L'ajout de chaleur et le rejet de chaleur sont effectués à température constante, mais aucun changement de phase n'est pris en compte.
L'importance du cycle de Carnot
L'invention du Cycle Carnot a été une étape très importante dans l'histoire de la thermodynamique. Premièrement, il a donné le fonctionnement théorique du moteur thermique utilisé pour la conception d'un moteur thermique réel. Ensuite, en inversant le cycle, on obtient l'effet de réfrigération (mentionné ci-dessous).
Cycle de Carnot entre deux réservoirs thermiques (Th & Tc), et son efficacité ne dépend que de cette température et ne dépend pas du type de fluide. C'est-à-dire que l'efficacité du cycle de Carnot est indépendante du fluide.
schéma pv cycle de Carnot | Diagramme du cycle de Carnot | diagramme pv et ts du cycle de Carnot | Cycle de Carnot pv ts | graphique du cycle de Carnot | schéma pv du cycle de Carnot expliqué | Diagramme du cycle de Carnot expliqué
Processus 1-2 : Expansion isotherme
Dans ce processus, l'air est détendu à température constante tout en gagnant de la chaleur.
C'est-à-dire qu'une addition de chaleur à température constante a lieu.
Détente => pression ↑ => résultats Température ↓
Ajout de chaleur => Température ↑
Par conséquent, la température reste constante
Processus 2-3: Expansion adiabatique réversible
Dans ce processus, l'air est détendu, maintenant l'entropie constante et sans interaction thermique.
Ce n'est pas un changement d'entropie, et le système est isolé
Nous obtenons une sortie de travail dans ce processus
Processus 3-4 : compression isotherme
Dans ce processus, l'air est comprimé avec une température constante tout en perdant de la chaleur.
C'est-à-dire qu'un rejet de chaleur à température constante a lieu.
Compression => pression ↓ => résultats : Température ↑
Ajout de chaleur => Température ↓
Par conséquent, la température reste constante
Processus 4-1 : Réversible Compression adiabatique
Dans ce processus, l'air est comprimé, maintenant l'entropie constante et aucune interaction thermique.
Ce n'est pas un changement d'entropie, et le système est isolé
Nous fournissons du travail dans ce processus
cycle Carnot se compose de | Diagramme du cycle de Carnot | Étapes du cycle Carnot | 4 étapes du cycle de Carnot | Travail à vélo Carnot| expansion isotherme dans le cycle de Carnot| Expérience du cycle de Carnot
Processus 1-2 :
Le processus d'expansion est effectué là où la température Th est maintenue constante et de la chaleur (Qh) est ajoutée au système. La température est maintenue constante comme suit : L'élévation de température due à l'apport de chaleur est compensée par la diminution de température due à la dilatation.
Par conséquent, le processus effectué a une température constante car les températures de début et de fin du processus sont identiques.
Processus 2-3 :
Comme on peut le voir, le processus est réversible (changement d'énergie interne = 0) Adiabatique (seulement transfert de travail, pas d'implication de chaleur), la détente effectuée se traduit simplement par un changement de température (de Th à Tc), maintenant l'entropie constante .
Le système fait office d'isolant pour cette partie de l'expansion.
Un refroidissement sensible est en cours.
Processus3-4 :
Le processus de compression est effectué là où la température Tc est maintenue constante et la chaleur est retirée du système. La température est maintenue constante comme suit : La diminution de température due au rejet de chaleur est compensée par l'augmentation de température due à la compression.
Par conséquent, le processus effectué a une température constante car les températures de début et de fin du processus sont identiques.
Similaire aux processus 1-2 mais exactement à l'opposé.
Processus 4-1 :
Comme on peut le voir, le processus est réversible (changement d'énergie interne = 0) Adiabatique (seulement transfert de travail, pas d'implication de chaleur), la compression effectuée se traduit simplement par un changement de température (de Tc à Th), maintenant l'entropie constante .
Le système fait office d'isolant pour cette partie de la compression.
Un chauffage sensible est en cours.
Équations du cycle de Carnot| Dérivation du cycle de Carnot
Processus 1-2 : Expansion isotherme
comme Th est maintenue constante. [Énergie interne (du) = 0] ( PV = K)
Qh = W ,
donc,
Processus 2-3: Expansion adiabatique réversible
donc
Aussi
Comme le processus est adiabatique , Q = 0
donc W = -du
Processus 3-4 : compression isotherme
similaire au processus 1-2, nous pouvons obtenir
comme Tc est maintenue constante. [Énergie interne (du) = 0] ( PV = K)
Qc = W ,
Processus 4-1 : Compression adiabatique réversible
similaire au processus 2-3, nous pouvons obtenir
Cycle Carnot travail fait dérivation
Selon le premier loi de la thermodynamique
Wnet = Qla totalité de votre cycle de coaching doit être payée avant votre dernière session.
Wnet = Qh-Qc
Wnet =
Dérivation de l'entropie à partir du cycle de Carnot | changement d'entropie dans le cycle de Carnot | changement dans le cycle de Carnot entropie | dérivation de l'entropie à partir du cycle de Carnot | changement d'entropie dans le cycle de Carnot
Pour rendre le cycle réversible, le changement d'entropie est nul (du = 0).
cela signifie,
Pour le processus :1-2
Pour le processus :1-2
efficacité du cycle de carnot| calcul de l'efficacité du cycle de carnot | équation d'efficacité du cycle de carnot | formule d'efficacité du cycle de carnot | preuve d'efficacité du cycle de carnot | cycle carnot efficacité maximale | l'efficacité du cycle de carnot est maximale lorsque | efficacité maximale du cycle de carnot
L'efficacité du cycle de Carnot a une efficacité maximale compte tenu du Th comme réservoir chaud et Tc comme réservoir froid pour éliminer les pertes.
C'est un rapport entre la quantité de travail effectuée par le moteur thermique et la quantité de chaleur requise par le moteur thermique.
D'après l'équation ci-dessus, nous savons,
&
mais
On peut obtenir un rendement de 100 % si on parvient à rejeter de la chaleur à 0 k (Tc = 0)
Carnot détient un rendement maximal de tous les moteurs fonctionnant sous le même réservoir thermique que le cycle de Carnot fonctionne de manière réversible, faisant des hypothèses d'élimination de toutes les pertes et faisant du cycle un cycle sans frottement, ce qui n'est jamais possible en pratique.
Par conséquent, tous les cycles pratiques auront une efficacité inférieure à l'efficacité Carnot.
Cycle de carnot inversé | le cycle de carnot inversé | cycle de réfrigération carnot inversé
Cycle de Carnot inversé :
Comme tous les processus effectués dans le cycle de Carnot sont réversibles, nous pouvons le faire fonctionner de manière inverse, c'est-à-dire prendre la chaleur du corps à basse température et déverser dans un corps à plus haute température, ce qui en fait un cycle de réfrigération.
.
Processus 1-2: Expansion adiabatique réversible
Dans ce processus, l'air est détendu, la température est réduite à Tc, en maintenant l'entropie constante et sans interaction thermique.
Ce n'est pas un changement d'entropie, et le système est isolé
Processus 2-3 : Expansion isotherme
Dans ce processus, l'air est détendu à température constante tout en gagnant de la chaleur. La chaleur est le gain du dissipateur thermique à basse température. L'ajout de chaleur a lieu tout en gardant la température (Tc) est maintenu constant.
Processus 3-4 : Compression adiabatique réversible
Dans ce processus, l'air est comprimé, augmentant la température à Th, gardant l'entropie constante et aucune interaction thermique.
Ce n'est pas un changement d'entropie, et le système est isolé
Processus 4-1 : compression isotherme
Dans ce processus, l'air est comprimé avec une température constante tout en perdant de la chaleur. La chaleur est rejetée vers le réservoir chaud. Le rejet de chaleur a lieu tout en gardant la température (Th) est maintenu constant.
Efficacité du cycle de carnot inversé
L'efficacité du cycle de Carnot inversé est appelée coefficient de performance.
Le COP est défini comme le rapport entre le rendement souhaité et l'énergie fournie.
Cycle frigorifique de Carnot| efficacité du cycle frigorifique carnot | coefficient de performance cycle frigorifique carnot | efficacité réfrigérateur cycle carnot
Le cycle frigorifique fonctionne en cycle de Carnot inversé. L'objectif principal de ce cycle est de réduire la température de la source de chaleur/réservoir chaud.
Application : Climatisation, système de réfrigération
Pompe à chaleur cycle Carnot
La la pompe à chaleur fonctionne en cycle de Carnot inversé. L'objectif principal de la pompe à chaleur est de transmettre la chaleur d'un corps à un autre, la plupart du corps à basse température vers un corps à température plus élevée à l'aide du travail fourni.
Comparaison des cycles de carnot et de rankine | différence entre le cycle de carnot et le cycle de rankine
Comparaison:
Paramètre | Cycle Carnot | Cycle de Rankine |
définition | Le cycle de Carnot est un cycle thermodynamique idéal qui fonctionne sous deux réservoirs thermiques. | Le cycle de Rankine est un cycle pratique de la machine à vapeur et de la turbine |
Diagramme TS | ||
Ajout et rejet de chaleur | L'ajout et le rejet de chaleur ont lieu à température constante. (isotherme) | L'ajout et le rejet de chaleur ont lieu à pression constante (isobare) |
Moyen de travail | Le milieu de travail à Carnot est l'air atmosphérique. Système monophasé | Le milieu de travail à Carnot est l'eau/la vapeur. Gère deux phases |
Efficacité | L'efficacité Carnot est maximale parmi tous les cycles. | L'efficacité de Rankine est inférieure à celle de Carnot. |
application | Le cycle de Carnot est utilisé pour la conception de moteur thermique. | Le cycle de Rankine est utilisé pour la conception de moteurs à vapeur/turbines. |
Différence entre cycle otto et cycle carnot
Paramètre | Cycle Carnot | Cycle d'Otto |
définition | Le cycle de Carnot est un cycle thermodynamique idéal qui fonctionne sous deux réservoirs thermiques. | Le cycle Otto est un cycle de combustion thermodynamique idéal. |
Diagramme Ts | ||
Le processus | Deux isothermes et deux isentropiques | Deux isochores et deux isentropiques. |
Ajout et rejet de chaleur | L'ajout et le rejet de chaleur ont lieu à température constante. (isotherme) | La chaleur est produite à volume constant et rejetée à l'échappement. Aucune source de chaleur externe n'est requise. Il produit de la chaleur par des procédés chimiques que sont la combustion d'un mélange essence-air à l'aide d'une bougie d'allumage à haute pression. |
Moyen de travail | Le milieu de travail à Carnot est l'air atmosphérique. | Un mélange d'essence et d'air est utilisé. |
Efficacité | L'efficacité Carnot est maximale parmi tous les cycles. | Cycle d'Otto a moins d'efficacité que le cycle de Carnot. |
application | Le cycle de Carnot est utilisé pour la conception de moteur thermique. | Cycle d'Otto est utilisé pour le moteur SI à combustion interne. |
Cycle de Carnot irréversible
Lorsque le cycle de Carnot fonctionne sur adiabatique et non sur adiabatique réversible, il entre dans la catégorie cycle de Carnot irréversible.
L'entropie n'est pas maintenue constante dans les processus 2-3 et 4-1, (ds n'est pas égal à zéro)
comme indiqué ci-dessous:
Le travail produit sous cycle irréversible est comparativement inférieur au cycle de Carnot réversible
Par conséquent, l'efficacité du cycle de Carnot irréversible est inférieure à celle du cycle de Carnot réversible.
Pourquoi le cycle de Carnot est réversible
Selon Carnot, le cycle de Carnot est un cycle théorique qui offre une efficacité maximale. Pour obtenir cette efficacité maximale, il faut éliminer toutes les pertes et considérer le système comme réversible.
Si l'on considère les pertes, le cycle entrera dans la catégorie irréversible et ne fournira pas une efficacité maximale.
Rapport volume cycle Carnot
&
mais
Le rapport volumique reste donc constant.
Avantages du cycle carnot
- Le cycle Carnot est un cycle idéal qui donne une efficacité maximale parmi tous les cycles disponibles.
- Le cycle de Carnot aide à concevoir le moteur réel pour obtenir un rendement maximal.
- Il aide à décider de la possibilité de n'importe quel cycle à construire. Tant que le Moteur maintient un rendement inférieur à celui de Carnot, le Moteur est possible ; sinon, ce n'est pas le cas.
Inconvénients du cycle de Carnot
- Il est impossible de fournir de la chaleur et de rejeter la chaleur à température constante sans changement de phase dans le matériau de travail.
- Il est impossible de construire une chaleur alternative moteur pour déplacer un piston à une vitesse très lente du début de l'expansion au milieu pour satisfaire l'expansion isotherme puis très rapide pour aider le processus adiabatique réversible.
Pourquoi le cycle de Carnot n'est pas utilisé en centrale
Le cycle de Carnot a une transmission isotherme à adiabatique. Or, pour réaliser de l'isotherme, il faut soit ralentir le processus, soit faire face à un changement de phase. Vient ensuite l'adiabatique réversible, qui doit être réalisée rapidement pour éviter l'interaction thermique.
Par conséquent, le système est difficile à construire car le demi-cycle fonctionne très lentement et l'autre moitié très rapidement.
application cycle carnot | exemple de cycle carnot | application du cycle de carnot dans la vie quotidienne
Les appareils thermiques comme
- pompe à chaleur : pour fournir de la chaleur
- Réfrigérateur : pour produire un effet de refroidissement par élimination de la chaleur
- Turbine à vapeur: pour produire de l'énergie, c'est-à-dire de l'énergie thermique en énergie mécanique.
- Moteurs à combustion : pour produire de l'énergie c'est-à-dire de l'énergie thermique en énergie mécanique.
cycle vapeur de Carnot | cycle de vapeur de carnot
Dans le cycle de vapeur de Carnot, la vapeur est un fluide de travail
Processus 1-2 : Expansion isotherme | Chauffage du fluide en maintenant la température constante dans la chaudière. |
Processus 2-3: Expansion adiabatique réversible | Le fluide est détendu de manière isentropique, c'est-à-dire constante d'entropie dans une turbine. |
Processus 3-4 : compression isotherme | Condensation du fluide en maintenant la température constante dans le condenseur. |
Processus 4-1 : Compression adiabatique réversible | Le fluide est comprimé de manière isentropique, c'est-à-dire constante d'entropie et ramené à son état d'origine. |
Ses impraticabilités :
1) Il n'est pas difficile d'ajouter ou de rejeter à température constante à partir d'un système à deux phases, car le maintenir à température constante fixera la température à la valeur de saturation. Mais limiter le processus de rejet ou d'absorption de chaleur au fluide en phase mixte affectera l'efficacité thermique du cycle.
2) Le processus de détente adiabatique réversible peut être réalisé par une turbine bien conçue. Mais, la qualité de la vapeur diminuera au cours de ce processus. Ce n'est pas favorable car les turbines ne peuvent pas traiter de la vapeur contenant plus de 10 % de liquide.
3) Le processus de compression adiabatique réversible implique la compression d'un mélange liquide-vapeur en un liquide saturé. Il est difficile de contrôler le processus de condensation aussi précisément pour atteindre l'état 4. Il n'est pas possible de concevoir un compresseur capable de gérer une phase mixte.
questions cycle carnot | problèmes de cycle carnot | Exemple de problème de cycle carnot
Q1.) Opérateurs de moteurs thermiques cycliques entre la source à 900 K et le puits à 380 K. a) quel sera le rendement ? b) quel sera le rejet de chaleur par KW de sortie nette du moteur ?
Réponse = donné : et
%
b) Rejet de chaleur (Qc) par KW de puissance nette
Rejet de chaleur par KW de puissance nette = 0.731 KW
Q2.) Moteur Carnot fonctionnant à 40% d'efficacité avec dissipateur thermique à 360 K. quelle sera la température de la source de chaleur ? Si l'efficacité du moteur est augmentée à 55%, quel sera l'effet sur la température de la source de chaleur ?
Réponse = donné :
If
Q3.) Un moteur Carnot fonctionnant avec 1.5 kJ de chaleur à 360 K, et rejetant 420 J de chaleur. Quelle est la température au lavabo ?
Rép = donné : Qh= 1500 j, th= 360 K , Qc= 420 XNUMX J
QFP
Qu'est-ce qu'une application pratique d'un cycle de Carnot
- pompe à chaleur : pour fournir de la chaleur
- Réfrigérateur : pour produire un effet de refroidissement par élimination de la chaleur
- Turbine à vapeur : pour produire de l'énergie c'est à dire de l'énergie thermique à l'énergie mécanique.
- Moteurs à combustion : pour produire de l'énergie c'est-à-dire de l'énergie thermique en énergie mécanique.
cycle de carnot vs cycle de Stirling
Stirling, le processus de compression isentropique et d'expansion isentropique du cycle de Carnot sont remplacés par un processus de régénération à volume constant. Les deux autres méthodes sont les mêmes que le cycle de Carnot c'est l'ajout et le rejet de chaleur isotherme.
Quelle est la différence entre un cycle de Carnot et un cycle de Carnot inversé
Le cycle de carnot simple fonctionne comme un développement de puissance tandis que le carnot inversé fonctionne comme une consommation d'énergie.
Le cycle de Carnot est utilisé pour concevoir le moteur thermique, tandis que le cycle inversé est utilisé pour concevoir la pompe à chaleur et le système de réfrigération.
Pourquoi le cycle carnot est plus efficace que tout autre cycle idéal comme otto diesel brayton ideal magnétoscope
Cycle de Carnot entre deux réservoirs thermiques (Th & Tc), et son efficacité ne dépend que de cette température et ne dépend pas du type de fluide. C'est-à-dire que l'efficacité du cycle de Carnot est indépendante du fluide.
Carnot détient un rendement maximal de tous les moteurs fonctionnant sous le même réservoir thermique que le cycle de Carnot fonctionne de manière réversible, faisant des hypothèses d'élimination de toutes les pertes et faisant du cycle un cycle sans frottement, ce qui n'est jamais possible en pratique.
Quelle est la variation nette d'entropie au cours d'un cycle de Carnot
La variation nette d'entropie au cours d'un cycle de Carnot est nulle.
pourquoi le cycle carnot n'est pas possible
Le cycle de Carnot a une transmission isotherme à adiabatique. Or, pour réaliser de l'isotherme, il faut soit ralentir le processus, soit faire face à un changement de phase.
Vient ensuite l'adiabatique réversible, qui doit être réalisée rapidement pour éviter les interactions thermiques.
Par conséquent, le système est difficile à construire car le demi-cycle fonctionne très lentement et l'autre moitié très rapidement.
pourquoi le cycle carnot est le plus efficace
Cycle de Carnot entre deux réservoirs thermiques (Th & Tc), et son efficacité ne dépend que de cette température et ne dépend pas du type de fluide. C'est-à-dire que l'efficacité du cycle de Carnot est indépendante du fluide.
Carnot détient un rendement maximal de tous les moteurs fonctionnant sous le même réservoir thermique que le cycle de Carnot fonctionne de manière réversible, faisant des hypothèses d'élimination de toutes les pertes et faisant du cycle un cycle sans frottement, ce qui n'est jamais possible en pratique.
Pourquoi le cycle de Carnot n'implique-t-il que le processus isotherme et adiabatique et pas d'autres processus comme isochore ou isobare
L'objectif principal du cycle de Carnot est d'atteindre une efficacité maximale, ce qui conduit à rendre le système réversible, donc pour rendre le système réversible, aucun processus d'interaction thermique ne doit être maintenu, c'est-à-dire un processus adiabatique.
Et pour obtenir un rendement de travail maximal, nous utilisons le processus isotherme.
Comment le cycle de Carnot est-il lié à un cycle de Stirling ?
Stirling, le processus de compression isentropique et d'expansion isentropique du cycle de Carnot sont remplacés par un processus de régénération à volume constant. Les deux autres méthodes sont les mêmes que le cycle de Carnot c'est l'ajout et le rejet de chaleur isotherme.
Que se passera-t-il avec l'efficacité de deux moteurs Carnot fonctionnant avec la même source et le même puits ?
L'efficacité sera la même, car l'efficacité du cycle de Carnot ne dépend que de la température de la source et du puits.
Combinaison cycle Carnot et réfrigérateur Carnot
La puissance de travail du moteur thermique Carnot fournie comme entrée de travail pour le système de réfrigération Carnot.
Est-il nécessaire que les réfrigérateurs ne fonctionnent qu'au cycle Carnot ?
Pour obtenir le Coefficient de Performance (COP) maximum, théoriquement on nettoie le cycle frigorifique pour travailler sur Carnot.
La température de deux réservoirs d'un moteur Carnot est augmentée de la même quantité. Comment le rendement sera-t-il affecté ?
L'augmentation de la température des deux réservoirs dans le même aura tendance à diminuer l'efficacité
Usages du stand en cycle Carnot ?
Le support est utilisé pour réaliser un processus adiabatique. Il est composé d'un matériau non conducteur.
Des résultats importants pour le cycle moteur Carnot ?
N'importe quel nombre de moteurs fonctionnant selon le principe de Carnot et ayant la même source et le même puits auront le même rendement.
Borne de moteur Carnot ?
Le moteur Carnot sera composé de : Réservoir chaud, Évier froid & Support isolant.
Définition d'une béquille isolante qui fait partie du moteur Carnot ?
Le stand est utilisé pour effectuer une processus adiabatique, et il est constitué d'un matériau non conducteur.
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