कार्नोट चक्र

यह चक्र निम्नलिखित चार प्रक्रियाओं में शामिल होता है:

1. समतापीय विस्तार: एक गैस को तापमान T H पर गर्म जलाशय के संपर्क में रखा जाता है। यह गर्म जलाशय से गर्मी Q H को अवशोषित करता है और समतापीय रूप से विस्तारित होता है। इस विस्तार के दौरान, गैस पर्यावरण में कार्य करती है।
2. एडियाबेटिक विस्तार: गैस बिना गर्मी के आदान-प्रदान किए एडियाबेटिक रूप से विस्तारित होती है। इस दौरान, गैस का तापमान T H से T C तक कम हो जाता है।
3. समतापीय संपीड़न: अब, गैस को तापमान T C पर ठंडे जलाशय के संपर्क में रखा जाता है। गैस को समतापीय रूप से संपीड़ित किया जाता है, और यह ठंडे जलाशय में गर्मी Q C को जारी करती है।
4. एडियाबेटिक संपीड़न: गैस को बिना गर्मी के आदान-प्रदान के एडियाबेटिक रूप से संपीड़ित किया जाता है। इससे उसका तापमान T H पर वापस आ जाता है, जिससे चक्र पूरा होता है।

यह एक पीवी आरेख (दाब-आयतन आरेख) द्वारा दृश्य रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है। इन प्रक्रियाओं में से प्रत्येक का संबंध पीवी आरेख पर एक पथ से है।

कार्नोट चक्र की दक्षता

कार्नोट इंजन की दक्षता को इंजन द्वारा किए गए कार्य और गर्म जलाशय से अवशोषित गर्मी के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। इसे गणितीय रूप से इस प्रकार लिखा जाता है:

दक्षता, η = 1 - (T C / T H )

जहाँ:

• T H गर्म जलाशय का पूर्ण तापमान है।
• T C ठंडे भंडारण का पूर्ण तापमान है।

यहाँ, तापमान को पूर्ण माप पर होना चाहिए जैसे कि केल्विन। गर्म और ठंडे जलाशयों के तापमान के बीच का अंतर बढ़ाने से इंजन की दक्षता में सुधार होगा।

उदाहरण: सरल पाठ और अवधारणात्मक

पाठ्य उदाहरण

कार्नोट चक्र की प्रासंगिकता और अनुप्रयोग को समझने के लिए एक व्यावहारिक स्थिति पर विचार करें। एक भाप इंजन को एक बॉयलर और एक संघनक के बीच में संचालन कर्ता चुनें। बॉयलर गर्म जलाशय का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि संघनक ठंडे जलाशय का।

यदि बॉयलर 500 K के तापमान पर संचालित होता है और संघनक (ठंडा भाग) 300 K पर, तो दक्षता को निम्नलिखित के रूप में गणना की जा सकती है:

η = 1 - (300 / 500) = 0.4 या 40%

इसका मतलब है कि आदर्श कार्नोट स्थितियों के तहत, अधिकतम दक्षता 40% है, यानी ली गई गर्मी ऊर्जा का केवल 40% कार्य में परिवर्तित होता है।

फ्रिज और एयर कंडीशनर एक चक्र पर काम करते हैं जिसे विपरीत कार्नोट चक्र के समान माना जा सकता है। यहाँ, विचार यह है कि एक ठंडी पर्यावरण से गर्मी को एक गर्म पर्यावरण में स्थानांतरित करने के लिए बाहरी कार्य का उपयोग किया जा सकता है।

अवधारणात्मक उदाहरण

कार्नोट चक्र धारणा के तहत एक कार इंजन के संचालन पर विचार करें। यहाँ, इंजन की दहन प्रक्रिया गर्म जलाशय के रूप में कार्य करती है, जबकि निकास ठंडे जलाशय के रूप में होता है। यदि एक कार इंजन 100% कुशल हो सकता है, तो सभी गैसोलीन ऊर्जा गति में परिवर्तित हो जाएगी बिना किसी गर्मी हानि के, लेकिन कार्नोट सिद्धांत द्वारा निर्दिष्ट आधा सीमाओं के कारण, यह प्राप्त नहीं किया जा सकता।

एक कार्नोट चक्र का बेहतर समझ औद्योगिक अनुप्रयोगों में भी देखी जा सकती है जैसे कि बिजली संयंत्रों में, जहाँ भाप टर्बाइन का उपयोग कर बिजली उत्पन्न की जाती है। यद्यपि वास्तविक इंजन पूरी तरह से कुशल नहीं हो सकते, कार्नोट चक्र एक सैद्धांतिक मानक के रूप में कार्य करता है वास्तविक तापीय प्रक्रियाओं को अनुकूलित करने की दिशा में प्रयास करने के लिए।

अवधारणात्मक सीमाएँ और सीमाएँ

ध्यान दें कि कार्नोट चक्र वास्तव में एक सैद्धांतिक अवधारणा है। वास्तविक जीवन के इंजन कार्नोट दक्षता प्राप्त नहीं कर सकते विभिन्न अकार्यात्मकताओं के कारण जैसे कि घर्षण, गर्मी हानियाँ, और प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक सीमित समय। फिर भी, यह इंजीनियरों के लिए तापीय मशीनरी में संभावनाओं और सीमाओं को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बना रहता है।

किसी भी मामले में जहाँ एक व्यावहारिक इंजन कार्नोट के सिद्धांत द्वारा निर्धारित दक्षता के करीब पहुँचता है, इसका अर्थ यह है कि प्रणाली ऊर्जा बेकार को न्यूनतम करने और उपयोगी कार्य को अधिकतम करने के संबंध में इष्टतम रूप से डिजाइन की गई है।

निष्कर्ष

कार्नोट चक्र थर्मोडायनामिक्स का एक मौलिक अवधारणा है, जो दो तापमानों के बीच संचालन करने वाले किसी भी गर्मी इंजन के लिए प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम दक्षता स्थापित करता है। कार्नोट चक्र के सिद्धांतों को समझना और लागू करना विभिन्न प्रौद्योगिकियों की प्रगति और सुधार के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से ऊर्जा परिवर्तन और उपयोग में।