Nästa: 3.5 Den inre förbränningen Upp: 3. Den första lagen Föregående: 3.3 Carnotcykeln Innehåll Index

Underavsnitt

• • 3.4.0.0.1 Kylskåpshårdvara

Carnotcykeln har använts för energi, men vi kan också köra den omvänt. Om så är fallet finns det nu nettoarbete in i systemet och nettovärme ut ur systemet. Det kommer att finnas en mängd värme som avvisas vid den högre temperaturen och en mängd värme som absorberas vid den lägre temperaturen. Den förstnämnda av dessa är negativ enligt vår konvention och den sistnämnda är positiv. Resultatet är att arbete utförs på systemet, värme utvinns från en källa med låg temperatur och avges till en källa med hög temperatur. Orden ”låg” och ”hög” är relativa och den låga temperaturkällan kan vara ett fullsatt klassrum en varm dag, där värmeutvinningen används för att kyla rummet. Cykeln och överföringen av värme och arbete visas i figur 3.6. I detta läge fungerar cykeln som ett kylskåp eller en värmepump. Det vi betalar för är arbetet och det vi får är den utvunna värmemängden. Ett mått för anordningar av denna typ är prestandakoefficienten, som definieras som

Figur 3.6:Drift av ett Carnot-kylskåp

För en Carnot-cykel känner vi till förhållandet mellan inkommande värme och utgående värme när cykeln körs framåt, och eftersom cykeln är reversibel är förhållandena desamma när cykeln körs bakåt. Prestandakoefficienten ges således i termer av de absoluta temperaturerna som

Detta kan vara mycket större än enhet.

De Carnotcykler som har ritats ut är baserade på idealt gasbeteende. För olika arbetsmedier kommer de dock att se olika ut. Vi kommer att se ett exempel när vi diskuterar situationer med två faser. Vad som är detsamma oavsett medium är verkningsgraden för alla Carnotcykler som arbetar mellan samma två temperaturer.

3.4.0.1 Kylskåpshårdvara

Typiskt sett kommer det termodynamiska systemet i en kylskåpsanalys att bestå av en arbetsvätska, ett köldmedium, som cirkulerar runt en slinga, som visas i figur 3.7. Köldmediets inre energi (och temperatur) höjs och sänks växelvis av anordningarna i slingan. Arbetsvätskan är kallare än kylluften vid en punkt och varmare än omgivningen vid en annan punkt. Värmen kommer således att flöda i rätt riktning, vilket visas av de två pilarna i värmeväxlarna.

Figur 3.7:Schematisk bild av ett hushållskylskåp

Med utgångspunkt från det övre högra hörnet av diagrammet beskriver vi processen mer i detalj. Först passerar köldmediet genom en liten turbin eller genom en expansionsventil. I dessa anordningar utförs arbete av köldmediet så att dess inre energi sänks till en punkt där köldmediets temperatur är lägre än luftens i kylskåpet. En värmeväxlare används för att överföra energi från kylskåpets insida till det kalla köldmediet, vilket sänker den inre energin på insidan och höjer den inre energin i köldmediet. Sedan används en pump eller kompressor för att arbeta med köldmediet, vilket tillför ytterligare energi till det och därmed höjer dess inre energi ytterligare. Elektrisk energi används för att driva pumpen eller kompressorn. Köldmediets inre energi höjs till en punkt där dess temperatur är högre än temperaturen i omgivningen. Köldmediet leds sedan genom en värmeväxlare (ofta spolar på baksidan av kylskåpet) så att energi överförs från köldmediet till omgivningen. Detta leder till att köldmediets inre energi minskar och omgivningens inre energi ökar. Det är vid denna punkt som den inre energin i kylskåpets innehåll och den energi som används för att driva kompressorn eller pumpen överförs till omgivningen. Köldmediet fortsätter sedan till turbinen eller expansionsventilen och upprepar cykeln.

nästa: 3.5 Den inre förbränningen Upp: 3. Den första lagen Föregående: 3.3 Carnotcykeln Innehåll Index

UnifiedTP