Carnot Cycle in Thermodynamics | हिंदी में विस्तार से समझें


Carnot Cycle क्या होता है?

Carnot Cycle एक ideal thermodynamic cycle है जिसे French engineer Sadi Carnot ने 1824 में propose किया था। यह एक reversible cycle है जो highest possible efficiency achieve करता है और heat engine के theoretical standard के रूप में माना जाता है।

Processes in Carnot Cycle (4 Steps)

Carnot Cycle में चार reversible processes होते हैं – दो isothermal और दो adiabatic:

  1. Isothermal Expansion (A → B): System high-temperature reservoir से heat लेता है (Qin) और piston को push करता है ⇒ work done होता है।
  2. Adiabatic Expansion (B → C): System expand होता है बिना कोई heat exchange के ⇒ internal energy से काम लिया जाता है, temperature घटता है।
  3. Isothermal Compression (C → D): System low-temperature reservoir को heat देता है (Qout) और piston compress होता है।
  4. Adiabatic Compression (D → A): Compression होता है बिना heat transfer ⇒ temperature फिर से बढ़ता है।

P-V Diagram of Carnot Cycle

Carnot cycle का P-V diagram एक loop बनाता है जिसमें expansion और compression processes दिखाई जाती हैं:

📈 A → B → C → D → A

Area under the loop = Net Work Done by the cycle

Efficiency of Carnot Engine

Carnot cycle की efficiency केवल दो temperature पर depend करती है – source और sink के।

Efficiency (ηCarnot):

η = 1 - (Tsink / Tsource)

  • यहाँ Tsink और Tsource absolute temperature (Kelvin में) हैं।

Important: कोई भी real heat engine Carnot cycle से ज्यादा efficient नहीं हो सकता।

Carnot Theorems:

  1. कोई भी irreversible engine Carnot engine से ज्यादा efficient नहीं हो सकता।
  2. सभी reversible engines जो same temperature पर काम करते हैं, उनकी efficiency समान होगी।

Limitations of Carnot Cycle

  • यह एक theoretical model है, practically achieve करना मुश्किल है।
  • Isothermal और adiabatic reversible processes को real-world में exactly maintain करना संभव नहीं।
  • Frictionless system और perfect insulation की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष (Conclusion)

Carnot Cycle thermodynamics का सबसे important और fundamental concept है, जो efficiency की theoretical boundary बताता है। इसे समझने से real heat engines की performance और limitations को बेहतर समझा जा सकता है।

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