Obrátený Carnotov cyklus

Bez vyznačenia smeru priebehu procesov je schéma Carnotovho a Obráteného Carnotovho cyklu v p-V diagrame totožná.

Obrátený Carnotov cyklus (iný názov Obrátený Carnotov obeh) je ideálny tepelný obeh pozostávajúci z vratných zmien (dvoch adiabát a dvoch izoteriem), ktorý prebieha medzi dvoma zásobníkmi tepla rôznej teploty rovnako ako priamy Carnotov cyklus. Obrátený Carnotov cyklus však prebieha v p-V diagrame proti smeru hodinových ručičiek. Spotrebúva mechanickú prácu a prenáša teplo zo zásobníka s nižšou teplotou do zásobníka s vyššou teplotou.

Obrátený Carnotov cyklus opisuje prácu ideálneho tepelného čerpadla tzv. Carnotovho tepelného čerpadla, alebo ideálneho chladiaceho stroja tzv Carnotovho chladiaceho stroja.

Diagramy obráteného Carnotovho cyklu

Jednotlivé fázy Carnotovho cyklu je možné podľa potreby znázorniť v rôznych diagramoch. p-V diagram vyjadruje závislosť tlaku od objemu, T-S diagram vyjadruje závislosť teploty od entropie. Cyklus prebieha proti smeru hodinových ručičiek (pozri obrázok).

• krivka medzi bodmi B a E — adiabatická kompresia
• krivka medzi bodmi E a D — izotermická kompresia
• krivka medzi bodmi D a C — adiabatická expanzia
• krivka medzi bodmi C a B — izotermická expanzia

Energetická bilancia

Energetická bilancia je rovnaká ako pri Carnotovom cykle, s rozdielom výmeny znamienok pre privedené/odvedené teplo a spotrebovanú/dodanú prácu. Namiesto účinnosti sa pre hodnotenie používajú dva parametre, v závislosti od účelu tepelného stroja. Pri označení W_p - spotrebovaná práca, Q₁ - odvedené teplo (z cyklu), Q₂ - prijaté teplo (do cyklu), T₁ - teplota teplejšieho zásobníka, T₂ - teplota chladnejšieho zásobníka možno určiť:

Pre chladiaci stroj chladiaci faktor:

$\epsilon _{ch}={\frac {Q_{2}}{W_{p}}}={\frac {Q_{2}}{Q_{1}-Q_{2}}}={\frac {1}{{\frac {Q_{1}}{Q_{2}}}-1}}$

a po zjednodušení:

$\epsilon _{ch}={\frac {1}{{\frac {T_{1}}{T_{2}}}-1}}$

Pre tepelné čerpadlo vykurovací faktor:

$\epsilon _{t}={\frac {Q_{1}}{W_{p}}}={\frac {Q_{1}}{Q_{1}-Q_{2}}}={\frac {1}{1-{\frac {Q_{2}}{Q_{1}}}}}$

a po zjednodušení:

$\epsilon _{t}={\frac {1}{1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}}}$

Chladiaci faktor a vykurovací faktor obráteného Carnotovho cyklu sú maximálne dosiahnuteľné koeficienty výkonnosti pre akýkoľvek tepelný stroj pracujúci medzi zásobníkmi tepla s uvedenými teplotami. Všetky reálne skonštruované stroje budú mať tieto koeficienty nižšie.

Referencie

Fyzikálny portál Chemický portál