Вопрос 22. Цикл Карно является идеальным термодинамическим циклом

Цикл Карно является идеальным термодинамическим циклом. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов (рис.).

Цикл Карно состоит из четырёх стадий (рис.):

1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс 1→2). В начале процесса рабочее тело имеет температуру T_H, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_H. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое расширение (на рисунке — процесс 2→3). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс 3→4). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T_X, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_X.

4. Адиабатическое сжатие (на рисунке — процесс 4→1). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатический изолированной системы не меняется.

Коэффициент полезного действия тепловой машины работающей по циклу Карно равен

Таким образом, КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя Т_н и холодильника Т_х. Кроме того КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю.