Succesor: 3.5 Arderea internă Sus: 3. Prima lege Precedent: 3.3 Ciclul Carnot Cuprins Index

Subsecțiuni

• • 3.4.0.1 Hardware pentru frigidere

Ciclul Carnot a fost folosit pentru energie, dar îl putem rula și în sens invers. În acest caz, există acum muncă netă în sistem și căldură netă care iese din sistem. Va exista o cantitate de căldură respinsă la o temperatură mai ridicată și o cantitate de căldură absorbită la o temperatură mai scăzută. Prima dintre acestea este negativă conform convenției noastre, iar cea de-a doua este pozitivă. Rezultatul este că se efectuează lucru asupra sistemului, căldura este extrasă dintr-o sursă de temperatură joasă și respinsă către o sursă de temperatură înaltă. Cuvintele „joasă” și „înaltă” sunt relative, iar sursa de temperatură joasă poate fi o sală de clasă aglomerată într-o zi călduroasă, extracția de căldură fiind folosită pentru a răci încăperea. Ciclul și transferurile de căldură și de muncă sunt indicate în figura 3.6. În acest mod de funcționare, ciclul funcționează ca un frigider sau ca o pompă de căldură. „Ceea ce plătim” este munca, iar „ceea ce primim” este cantitatea de căldură extrasă. Ametrul pentru dispozitivele de acest tip este coeficientul de performanță,definit ca

Figura 3.6:Funcționarea unui frigider Carnot

Pentru un ciclu Carnot cunoaștem raporturile dintre căldura intrată și căldura ieșită atunci când ciclul funcționează înainte și, din moment ce ciclul este reversibil, aceste raporturi sunt aceleași atunci când ciclul funcționează în sens invers. Astfel, coeficientul de performanță este dat în funcție de temperaturile absolute sub forma

Acesta poate fi mult mai mare decât unitatea.

Ciclurile Carnot care au fost desenate se bazează pe un comportament ideal al gazelor. Cu toate acestea, pentru medii de lucru diferite, ele vor arăta diferit. Vom vedea un exemplu atunci când vom discuta situațiile cu două faze. Ceea ce este același, indiferent de mediu, este randamentulpentru toate ciclurile Carnot care funcționează între aceleași două temperaturi.

3.4.0.1 Hardware pentru frigidere

În mod obișnuit, sistemul termodinamic din analiza unui frigider va fi un fluid de lucru, un agent frigorific, care circulă în jurul unei bucle, așa cum se arată în figura 3.7. Energia internă (și temperatura) a agentului frigorific este crescută și scăzută alternativ de către dispozitivele din buclă. Fluidul de lucru este mai rece decât aerul din frigider într-un anumit punct și mai cald decât mediul înconjurător într-un alt punct. Astfel, căldura va curge în direcția corespunzătoare, așa cum arată cele două săgeți din schimbătoarele de căldură.

Figura 3.7:Schema unui frigider casnic

Începând din colțul din dreapta sus al diagramei, vom descrieprocesul mai în detaliu. Mai întâi, agentul frigorific trece printr-o turbină mică sau printr-o supapă de expansiune. În aceste dispozitive, se efectuează un lucru de către agentul frigorific, astfel încât energia sa internă este redusă până la un punct în care temperatura agentului frigorific este mai mică decât cea a aerului din frigider. Un schimbător de căldură este utilizat pentru a transfera energia din interiorul frigiderului către agentul frigorific rece, ceea ce scade energia internă din interior și crește energia internă a agentului frigorific. Apoi, o pompă sau un compresor este utilizat pentru a lucra asupra agentului frigorific, adăugându-i energie suplimentară și, astfel, crescând și mai mult energia internă a acestuia. Energia electrică este utilizată pentru a acționa pompa sau compresorul. Energia internă a agentului frigorific este ridicată până la un punct în care temperatura acestuia este mai ridicată decât temperatura mediului înconjurător. Apoi, agentul frigorific este trecut printr-un schimbător de căldură (adesea serpentine în partea din spate a frigiderului), astfel încât energia este transferată de la agentul frigorific la mediul înconjurător. Ca urmare, energia internă a agentului frigorific este redusă, iar energia internă a mediului înconjurător este crescută. În acest punct, energia internă a conținutului frigiderului și energia utilizată pentru a acționa compresorul sau pompa sunt transferate în mediul înconjurător. În continuare, refrigerantul continuă apoi spre turbină sau supapa de expansiune,repetând ciclul.

Următor: 3.5 Combustia internă Sus: 3. Prima lege Previous: 3.3 Ciclul Carnot Cuprins Index

UnifiedTP