Ein Hitzemotor von Carnot ist ein hypothetischer Motor, der auf dem umkehrbaren Zyklus von Carnot funktioniert. Das Grundmodell für diesen Motor wurde von Nicolas Léonard Sadi Carnot 1824 entwickelt. Das Motormodell von Carnot wurde auf von Benoît Paul Émile Clapeyron 1834 grafisch ausgebreitet und hat mathematisch durch Rudolf Clausius in den 1857 und 66 ausführlich behandelt, aus denen das Konzept des Wärmegewichtes erschienen ist.

Jedes einzelne thermodynamische System besteht in einem besonderen Staat. Ein thermodynamischer Kreisprozess kommt vor, wenn ein System durch eine Reihe von verschiedenen Staaten genommen, und schließlich in seinen anfänglichen Staat zurückgegeben wird. Im Prozess, diesen Zyklus durchzugehen, kann das System Arbeit an seinen Umgebungen durchführen, dadurch als ein Hitzemotor handelnd.

Ein Hitzemotor handelt durch das Übertragen der Energie von einem warmen Gebiet bis ein kühles Gebiet des Raums und, dabei das Umwandeln von etwas von dieser Energie zur mechanischen Arbeit. Der Zyklus kann auch umgekehrt werden. Das System kann auf durch eine Außenkraft gearbeitet werden, und dabei kann es Thermalenergie von einem kühleren System bis ein wärmeres übertragen, dadurch als ein Kühlschrank oder Wärmepumpe aber nicht ein Hitzemotor handelnd.

Im angrenzenden Diagramm, von der 1824-Arbeit von Carnot, Nachdenken über die Motiv-Macht des Feuers, gibt es "zwei Körper A und B, hat jeden bei einer unveränderlichen Temperatur, diesem von A behalten, die höher sind als dieser von B. Diese zwei Körper, denen wir geben können, oder von dem wir die Hitze entfernen können, ohne ihre Temperaturen zu veranlassen, die Funktionen von zwei unbegrenzten Reservoiren von kalorischen zu ändern, auszuüben. Wir werden das erste den Brennofen und das zweite der Kühlschrank nennen." Carnot erklärt dann, wie wir Motiv-Macht, d. h. "Arbeit" erhalten können, indem wir eine bestimmte Menge der Hitze vom Körper zum Körper B tragen.

Modernes Diagramm

Das vorherige Image zeigt das ursprüngliche Kolben-Und-Zylinderdiagramm, das von Carnot im Besprechen seiner idealen Motoren verwendet ist. Die Zahl am Recht zeigt ein Blockdiagramm eines allgemeinen Hitzemotors wie der Motor von Carnot. Im Diagramm kann der "Arbeitskörper" (System), ein Begriff, der von Clausius 1850 eingeführt ist, jede Flüssigkeit oder Dampf-Körper sein, durch den Hitze Q eingeführt oder übersandt werden kann, um Arbeit zu erzeugen. Carnot hatte verlangt, dass der flüssige Körper jede Substanz sein konnte, die zur Vergrößerung, wie Dampf von Wasser, Dampf von Alkohol, Dampf von Quecksilber, einem dauerhaften Benzin oder Luft usw. fähig ist. Obwohl, in diesen frühen Jahren, Motoren in mehreren Konfigurationen gekommen sind, normalerweise wurde Q durch einen Boiler geliefert, worin Wasser ein Brennofen übergekocht wurde; Q war normalerweise ein Strom von kaltem fließendem Wasser in der Form eines auf einem getrennten Teil des Motors gelegenen Kondensators. Die Produktionsarbeit W ist hier die Bewegung des Kolbens, weil es verwendet wird, um einen Kurbelarm zu drehen, der dann normalerweise verwendet wurde, um eine Rolle so zu drehen, um Wasser aus überschwemmten Salz-Gruben zu heben. Carnot hat Arbeit als "durch eine Höhe gehobenes Gewicht" definiert.

Der Lehrsatz von Carnot

Der Lehrsatz von Carnot ist eine formelle Behauptung dieser Tatsache: Kein Motor, der zwischen zwei Hitzereservoiren funktioniert, kann effizienter sein als ein Motor von Carnot, der zwischen denselben Reservoiren funktioniert.

Diese maximale Leistungsfähigkeit wird definiert, um zu sein:

:

\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad (1) </Mathematik>

wo

: ist die geleistete Arbeit durch das System (Energie, die über das System als Arbeit herrscht),

: ist die Hitze, die ins System (Hitzeenergie gestellt ist, die ins System eingeht),

: ist die absolute Temperatur des kalten Reservoirs und

: ist die absolute Temperatur des heißen Reservoirs.

Eine Folgeerscheinung zum Lehrsatz von Carnot stellt dass fest: Alle umkehrbaren Motoren, die zwischen denselben Hitzereservoiren funktionieren, sind ebenso effizient.

Mit anderen Worten wird maximale Leistungsfähigkeit erreicht, wenn, und nur wenn kein neues Wärmegewicht im Zyklus geschaffen wird. Sonst, da Wärmegewicht eine Zustandsfunktion ist, führt das erforderliche Abladen der Hitze in die Umgebung, um über Überwärmegewicht zu verfügen, zur Verminderung der Leistungsfähigkeit. So gibt Gleichung (1) die Leistungsfähigkeit jedes umkehrbaren Hitzemotors.

Der Koeffizient der Leistung (COP) des Hitzemotors ist das Gegenstück seiner Leistungsfähigkeit.

Leistungsfähigkeit von echten Hitzemotoren

Carnot hat begriffen, dass in Wirklichkeit es nicht möglich ist, einen thermodynamisch umkehrbaren Motor zu bauen, so sind echte Hitzemotoren weniger effizient als angezeigt durch die Gleichung (1). Dennoch ist Gleichung (1) äußerst nützlich, für die maximale Leistungsfähigkeit zu bestimmen, die jemals für einen gegebenen Satz von Thermalreservoiren erwartet werden konnte.

Obwohl der Zyklus von Carnot ein idealisation, der Ausdruck ist

Carnot ist Leistungsfähigkeit noch nützlich. Denken Sie die durchschnittlichen Temperaturen,

:

an dem Hitze eingegeben wird und Produktion beziehungsweise. Ersetzen Sie T und T in der Gleichung (1) durch> und> beziehungsweise.

Für den Zyklus von Carnot oder eine Entsprechung,> ist die höchste Temperatur verfügbar und> das niedrigste. Für andere weniger effiziente Zyklen,> wird niedriger sein, als T, und> höher sein wird als T. Das kann helfen, zum Beispiel zu illustrieren, warum eine Wiederheizung oder ein Wiedergenerator die Thermalleistungsfähigkeit von Dampfkraftwerken verbessern können - und warum die Leistungsfähigkeit von Kraftwerken des vereinigten Zyklus (die Gasturbinen vereinigen, die bei noch höheren Temperaturen funktionieren) die von herkömmlichen Dampfwerken übertrifft.

Gemäß dem zweiten Lehrsatz, "Ist die Leistungsfähigkeit des carnot Motors der Natur der Arbeitssubstanz unabhängig".

:See auch: Heizen Sie Motor (Leistungsfähigkeit und andere Leistungskriterien)

Siehe auch

• Zyklus von Carnot
• Heizen Sie Motor
• Thermalleistungsfähigkeit
• Geschichte des inneren Verbrennungsmotors
• Adiabatischer Prozess
• (voller Text der 1897-Hrsg.)) (HTML)