De Warmtepomp
Print deze pagina

1. Theorie

1.4. Motor en Carnot-proces

Een proces wat dankzij Carnot is bedacht is het Carnot-proces. Hierbij ga je er vanuit dat je een zuiger hebt met een ideaal gas, deze wordt samengeperst en daarna zal de zuiger weer zijn oude stand innemen. Hierbij wordt de benodigde warmte geleverd door een warmtereservoir. Als je de zuiger dus laat expanderen (omhoog laat gaan) zal de gas meer ruimte innemen, hierbij duwt het de zuiger omhoog en verricht arbeid. De temperatuur blijft gelijk aangezien het warmteverlies wordt opgeheven door de toegevoegde warmte van het warmtereservoir. Dit is een isotherm proces. Hierbij geldt dat Q = ΔUinw + W.

Zowel het volume als de druk veranderen hierbij, daarmee kun je deze wet verklaren. Namelijk; De warmte kan niet volledig worden omgezet in arbeid (W), want er zal altijd een andere verandering plaatsvinden, Uinw.is dus de verandering die plaatsvindt. Vervolgens proberen we dan de zuiger weer in zijn oorspronkelijke stand terug te brengen. Bij dit proces is er een kringproces. Ook de gas komt dus weer in zijn oorspronkelijke toestand terecht. Dit gaat via een isochoor proces (volume blijft gelijk). Er kan warmte bij het proces weg (kleinere kinetische energie van de moleculen) en er kan ook weer warmte worden opgenomen uit het reservoir waardoor de temperatuur gelijk blijft. Als het eerste proces minder arbeid kost dan het terugbrengen dan levert de motor arbeid. Zo’n systeem waarbij warmte wordt omgezet in arbeid in een kringproces heet een warmtemachine of warmtemotor. Dit kringproces zien we ook terug in een Stirlingmotor, bedacht door de Schot Stirling.

Als je er voor zorgt dat warmte niet kan worden afgestaan en kan worden opgenomen, dan krijg je een proces wat bestaat uit 2 isothermen (temperatuur blijft gelijk) en 2 adiabaten Bij dit proces is de entropie, ΔS = 0. Hierbij is gaat het met de entropie om het ‘systeem’ + ‘de hele motor’. Wanneer dit laatste het geval is ΔS=0, dan is het proces ook meteen reversibel (je kunt het proces omdraaien), je kunt weer precies naar de beginsituatie terugkeren. Dit systeem met 2 isothermen en 2 adiabaten is bedacht door Carnot en wordt daarom ook wel Carnot-cyclus genoemd.

Dit proces is wanneer je hem ziet in een grafiek met druk tegenover volume dus ook een ‘kring-proces’, maar de adiabaten in dit proces lopen steiler dan de isothermen, omdat de temperatuur dus stijgt bij het samenpersen van het gas. Als we dit proces omdraaien wordt het interessant. Nu krijg je namelijk een warmtepomp of koeler (zoals de koelkast). Nu wordt namelijk warmte onttrokken aan een koude reservoir en deze warmte verwarmt vervolgens een warm reservoir. De koelkast en zijn verband met de warmtepomp zal ik nu verder uitleggen.

De Carnot-cyclus
Afbeelding 1.4.1
De Carnot-cyclus ziet er als volgt uit. Punt c is het begin van de cyclus, vervolgens is er een isotherm proces waarbij de zuiger wordt ingedrukt., van punt d naar a is er een adiabatische reactie (hier komt namelijk veel warmte bij vrij), de temperatuur neemt toe, vervolgens neemt van a naar b de druk af en het volume ook, de zuiger wordt teruggeduwd. Tenslotte komt de cyclus weer terug bij de beginomstandigheden. De oppervlakte binnen de cyclus is de arbeid W die bij het gehele proces door het gas verricht wordt.

Deze pagina is automatisch gegenereerd door APP_NAME.