Procesul ciclic ideal

MOTORUL CARNOT

Motoare termice

Ţi-ai dat seama că în toate e vorba de motoarele termice care asigură locomoţia fiecărui mijloc de transport exemplificat, nu-i aşa?

Priveşte imaginile următoare şi încearcă să observi ce au în comun.

Dar… ceva nu e ca restul…

Click!

Ce este un motor termic?• Este o maşină termică a cărei funcţie este de a transforma ciclic căldură în lucru mecanic efectuat asupra unor mecanisme exterioare.

• O consecinţă a principiului al doilea al termodinamicii arată că numai printr-un proces ciclic biterm se poate efectua lucru mecanic de către motorul termic.

• Motorul cu ardere internă îşi îndeplineşte funcţia obţinând căldură prin arderea combustibilului în interiorul fiecărui cilindru al său transformând-o parţial în lucru mecanic efectuat asupra arborelui motor.

Ce este ciclul Carnot?

•Este un proces termodinamic ciclic şi reversibil pe care îl efectuează gazul ideal.

•L-a propus inginerul Nicolas Léonard Sadi Carnot în 1824 pentru dezvoltarea bazelor teoretice necesare proiectării motoarelor cu ardere internă. Date biografice găseşti aici.

•Este o succesiune de transformări destinată obţinerii celui mai mare randament posibil, după cum urmează:

Procesele

• Destindere izotermă în contact termic cu termostatul cald• Temperatura gazului ideal este menţinută la valoarea

constantă a temperaturii termostatului cald adus în contact termic cu gazul ideal care-şi măreşte volumul. (click pe buton)

p

V

T1

T2

• Destindere adiabatică de la izoterma “caldă” la izoterma “rece”– Gazul ideal este izolat adiabatic şi îşi măreşte

volumul de la temperatura termostatului cald la temperatura termostatului rece fără să schimbe căldură cu exteriorul. (click pe buton)

• Comprimarea izotermă în contact termic cu termostatul rece– Temperatura gazului ideal este menţinută la valoarea

constantă a temperaturii termostatului rece, adus în contact termic cu gazul ideal care-şi micşorează volumul. (click pe buton)

• Comprimarea adiabatică de la izoterma “caldă” la izoterma “rece”– Gazul ideal este izolat adiabatic şi îşi micşorează

volumul de la temperatura termostatului rece la temperatura termostatului cald fără să schimbe căldură cu exteriorul. (click pe buton)

1 – 2 izoterma T1

2 – 3 prima adiabată

3 – 4 izoterma T2

4 – 1 a doua adiabată

ciclului Carnot

4

1

2

3

p – presiunea gazului ideal din cilindruV – volumul gazului ideal din cilindru limitat de poziţia momentană a pistonului

Randamentul ciclului Carnot• Se aplică legile fiecărui

proces din cadrul ciclului Carnot pentru:

2211 VpVp

132

121

VTVT

111

142

VTVT

4433 VpVp

• Ţinând cont că expresia de definiţie a randamentului motorului termic este:

absorbita

cedata

absorbita QQ

QL

1 121

2 ;1 TTTT

acesta devine:

Termostat cald

Termostat rece

Qabsorbită>0

Qcedată<0L>0

T1

T2

Izoterma 1 – 2

Adiabata 2 – 3

Izoterma 3 – 4

Adiabata 4 – 1

Motorul ideal• Este motorul care funcţionează cu gaz ideal

parcurgând ciclul Carnot.• Este un motor care sugerează patru timpi, fiecare

timp fiind corespunzător fiecărui proces din cadrul ciclului Carnot

Pentru o mai bună înţelegere a felului în care ar putea funcţiona ca motor, apasă aici

CLICK!carnot flash.swf

Două întrebări1. De ce crezi că motorul Carnot este unul ideal?

Răspuns 1Deoarece funcţionează cu gaz ideal, iar randamentul lui depinde numai de temperaturile termostatelor cald şi rece (T1 şi T2). Astfel, în principiu, randamentul motorului Carnot poate fi făcut oricât de apropiat de valoarea 1

2. Ce utilitate are motorul Carnot dacă este unul ideal?Răspuns 2

• Sugerează funcţionarea în patru timpi.• Deoarece este motorul al cărui randament nu poate fi atins de

nici un motor real, este de interes ca orice motor real să aibă randamentul cât mai apropiat de cel al unui motor Carnot. De aceea cele mai bune motoare cu ardere internă sunt cele în patru timpi

Test1) Dacă lucrul mecanic efectuat asupra unui sistem termodinamic izolat termic este

pozitiv, energia internă a acestuia: ……………………… 2 puncte a) scade; b) rămâne constantă; c) poate să scadă sau să crească în funcţie de sensul modificării volumului; d) creşte; e) poate să scadă sau să crească în funcţie de sensul modificării presiunii.

2) Pentru un sistem termodinamic oarecare: ……………. 2 puncte a) căldura molară este invers proporţională cu cantitatea de substanţă; b) căldura specifică este o constantă ce caracterizează sistemul; c) capacitatea calorică este o constantă de material; d) căldura specifică este mai mică decât căldura molară; e) căldura molară poate fi negativă.

3) O maşină termică: ………………………………………… 2 puncte a) este un sistem termodinamic cu funcţionare ciclică; b) realizează transformarea căldurii în lucru mecanic şi energie internă; c) realizează transformarea lucrului mecanic în căldură şi energie internă; d) realizează transformarea energiei interne în lucru mecanic; e) consumă energie termică şi produce energie electrică.

4) Lucrul mecanic efectuat într-un proces termodinamic: …. 2 puncte a) nu poate modifica temperatura sistemului termodinamic; b) poate să nu fie însoţit şi de o modificare a energiei interne; c) realizează un transfer de energie termică; d) nu poate fi mai mare decât căldura; e) este egal cu aria determinată de graficul funcţiei p = f(V).

5) Unitatea de măsură SI pentru temperatură – kelvinul – este definită în funcţie de temperatura de topire a gheţii în condiţii obişnuite de temperatură, deoarece temperatura de topire a gheţii este aceeaşi pe orice planetă. ….. 1 punct a) ambele afirmaţii sunt adevărate şi este adevărată relaţia de cauzalitate

invocată; b) ambele afirmaţi sunt adevărate, dar este falsă relaţia de cauzalitate invocată; c) prima afirmaţie este adevărată, iar a doua afirmaţie este falsă; d) prima afirmaţie este falsă, iar a doua afirmaţie este adevărată; e) ambele afirmaţii sunt false.

6) Din oficiu ……………………………………………………………… 1 punct 7) Total …………………………………………………………………... 10 puncte Notă: timpul de lucru este de 30 de minute.