Carnotcyclus

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

De Carnotcyclus is een theoretische thermodynamische cyclus die doorlopen wordt als een gas in een cilinder, afgesloten door een bewegende zuiger afwisselend verwarmd en afgekoeld wordt. Het is onderdeel van het door de natuurkundige Sadi Carnot ontwikkelde rekenmodel waarmee het maximaal haalbare rendement van een thermodynamische energieomzetting berekend kan worden. In een p,V-diagram bestaat de Carnotcyclus uit een kringloop met twee adiabaten en twee isothermen.

Een veelgebruikt plaatje om de Carnotcyclus weer te geven is zoals hiernaast in een PV-diagram: een grafiek waarin de druk P - bijvoorbeeld in een cilinder van een heteluchtmotor - wordt uitgezet tegen V: het volume. We zien dan van boven af, met de klok mee:

• 1-2 : het volume wordt groter bij een temperatuur T1 (isotherm): de zuiger schuift naar buiten
• 2-3 : het gas koelt af naar temperatuur T2 (adiabatisch), de zuiger schuift nog verder naar buiten.
• 3-4 : het gas wordt samengeperst bij temperatuur T2 (isotherm), zuiger schuift naar binnen
• 4-1 : het gas wordt verwarmd naar T1 (adiabatisch) en komt weer in de begintoestand.

in een grafiek zoals dit heeft oppervlak een dimensie van arbeid of energie, want een eenheid van druk maal een eenheid van volume is een eenheid van arbeid (N/m² * m³ = N.m = Joule). Dus de oppervlak dat wordt omsloten door de lijnstukken 1-2-3-4-1 geeft de arbeid aan die door 1 slag van zo'n heteluchtmotor geleverd wordt. In werkelijkheid veranderen Druk, Volume en Temperatuur natuurlijk niet zo netjes ná elkaar, dus een grafiek van een werkelijke motor is niet zo rechtlijnig, maar dit maakt wel het principe van de Carnotcyclus duidelijk.

Hieruit wordt o.a. duidelijk dat het rendement rechtevenredig met de verhouding tussen de hoogste en laagste absolute temperaturen T₁ en T₂.

Voor een stoommachine met een stoomtemperatuur van 450 K en een koelwatertemperatuur van 300 K is het theoretisch maximale rendement dus 33%. Merk op dat voor het theoretisch rendement van 100% T₁ oneindig groot zou moeten zijn of T₂ = 0 K, het absolute nulpunt.

Zie ook : Tweede wet van de thermodynamica