เครื่องจักรความร้อนการ์โนต์

เครื่องจักรความร้อนการ์โนต์ (อังกฤษ: Carnot Heat Engine) ถูกใช้ในการศึกษาวงจรอุณหพลศาสตร์โดย นิโคลัส ลีโอนาร์ด ซาดี การ์โนต์ (Nicolas Léonard Sadi Carnot) ในปี คริสต์ศักราช 1820 และได้รับการอธิบายเพิ่มเติมโดยเบอนัวต์ โปล เอมีล กลาปีรง (Benoit Paul Émile Clapeyron) ในทศวรรษต่อมา เครื่องจักรความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ความร้อนในการสร้างงานโดยการนำพาสารไปตามกระบวนการที่เป็นวัฏจักร

วัฏจักรการ์โนต์

วัฏจักรการ์โนต์ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ ดังนี้

1. การขยายตัวแบบผันกลับได้ที่อุณหภูมิเสมอของก๊าซที่อุณหภูมิสูง T_H (การเพิ่มความร้อนที่อุณหภูมิเสมอ) ในขั้นตอนนี้ก๊าซขยายตัวโดยการดันลูกสูบทำให้ก๊าซทำงานให้กับสภาพแวดล้อม พร้อมกันนั้นก๊าซจะรับความร้อนเข้าได้ด้วย
2. การขยายตัวแบบผันกลับได้ที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนของก๊าซ ในขั้นตอนนี้สมมติให้กระบอกสูบและลูกสูบนั้นเป็นฉนวน ซึ่งทำให้ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับก๊าซ ก๊าซยังคงขยายตัวและทำงานให้กับสภาพแวดล้อม การขยายตัวนี้ทำให้อุณหภูมิของก๊าซลงลดไปยังที่อุณหภูมิต่ำ T_C
3. การบีบอัดที่อุณหภูมิเสมอแบบผันกลับได้ของก๊าซที่อุณหภูมิต่ำ T_C (การคายความร้อนที่อุณหภูมิเสมอ) ตอนนี้สภาพแวดล้อมจะทำงานให้ก๊าซ ทำให้ความร้อนไหลออกจากก๊าซกลับสู่สภาพแวดล้อม
4. การบีบอัดแบบผันกลับได้ที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนของก๊าซ เรายังสมมติให้กระบอกสูบและลูกสูบเป็นฉนวน ในขั้นตอนนี้สภาแวดลอบทำงานให้กับก๊าซโดยบีบอัดก๊าซและทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นไปเป็น T_H ที่จุดนี้ ก๊าซกลับไปอยู่ในตอนเริ่มของขั้นตอนที่ 1

สมบัติของวัฏจักรการ์โนต

 

ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรการ์โนต

ประสิทธิภาพของเครื่องจักรการ์โนต ${\displaystyle \eta }$  คือปริมาณงานที่เครื่องจักรทำงานต่อความร้อนที่ได้รับที่อุณหภูมิ T_H

${\displaystyle \eta ={\frac {\Delta W}{\Delta Q_{H}}}=1-{\frac {T_{C}}{T_{H}}}}$