Машина Карно и цикл Карно. КПД цикла Карно.

Тепловые машины бывают двух видов — в зависимости от направления протекающих в них процессов.

1. Тепловые двигатели преобразуют теплоту, поступающую от внешнего источника, в механическую работу.

2. Холодильные машины передают тепло от менее нагретого тела к более нагретому за счёт механической работы внешнего источника.

Важными характеристиками тепловой машины являются наибольшее и наименьшее значения температуры рабочего тела в ходе цикла. Эти значения называются соответственно температурой нагревателя и температурой холодильника.

Он придумал и исследовал тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Эта машина работает по циклу Карно, состоящему из 4 последовательных процессов: изотермического расширения, адиабатного расширения, изотермического и адиабатного сжатия. Рассмотрим прямой цикл машины Карно, идущий по часовой стрелке.  

В этом случае машина функционирует как тепловой двигатель.

Изотерма 1 ->2. На участке 1 -> 2 газ приводится в тепловой контакт с нагревателем температуры T₁ и расширяется изотермически. От нагревателя поступает количество теплоты Q1 и целиком превращается в работу на этом участке: A12 = Q1.

Адиабата 2 ->3. В целях последующего сжатия нужно перевести газ в зону более низких температур. Для этого газ теплоизолируется, а затем расширяется адиабатно на учатке 2 ->3. При расширении газ совершает положительную работу A23, и за счёт этого уменьшается его внутренняя энергия: ϪU23 = -A23.

Изотерма 3 -> 4. Теплоизоляция снимается, газ приводится в тепловой контакт с холодильником температуры T2. Происходит изотермическое сжатие. Газ отдаёт холодильнику количество теплоты Q2 и совершает отрицательную работу A34 = -Q2.

Адиабата 4 ->1. Этот участок необходим для возврата газа в исходное состояние. В ходе адиабатного сжатия газ совершает отрицательную работу A41, а изменение внутренней энергии положительно: ϪU41 = -A41. Газ нагревается до исходной температуры T1.

КПД этого цикла

Кроме того, он доказал, что КПД цикла Карно является максимально возможным для всех тепловых двигателей с температурой нагревателя T1 и температурой холодильника T2.

Теоремы:

1. Коэффициент полезного действия любой обратимой тепловой машины, работающей по циклу Карно, не зависит от природы рабочего тела и устройства машины, а является функцией только температуры нагревателя 

     2. Коэффициент полезного действия любой тепловой машины, работающей по необратимому циклу, меньше коэффициента полезного действия машины с обратимым циклом Карно, при условии равенства температур их нагревателей и холодильников.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.