У 1824 році французький інженер С.Карно вперше запропонував термодинамічний цикл ідеальної теплової машини, який неможливо здійснити в любій реальній машині і який складається з двох ізотерм і двох адіабат.
Зображення циклу Карно в PV i TS-координатах.
Ділянка 1-2—адіабатний процес розширення робочого тіла (робочий процес);
2-3—ізотермічний відвід теплоти q2 від системи до нижнього джерела теплоти;
3-4—адіабатний стиск робочого тіла;
4-1—ізотермічний підвід q1 від верхнього джерела теплоти до термодинамічної системи.
Термічний ККД може бути підрахований за наступними рівняннями
Якщо врахувати рівняння ізотермічних процесів 4-1; 2-3, то вираз для термічного ККД цикла Карно буде мати вигляд
абсолютна температура теплоприйомника або нижнього джерела теплоти, К;
абсолютна температура тепловіддачника або верхнього джерела теплоти, К.
З попереднього рівняння і розглянутого циклу можна зробити такі висновки:
1. Термічний ККД ідеального цикла Карно залежить лише від значень абсолютних температур T2 i T1. зростає із збільшенням і зменшенням .
|
|
2. Уся теплота q1 не може бути повністю перетворена в роботу.
3. Якщо T1=T2, то отже якщо всі тіла системи мають однакову температуру, то неможливе перетворення теплоти в роботу.
4. Теорема Карно. Термічний ККД не залежить від конструкції двигуна і фізичних властивостей робочого тіла, а залежить лише від значень T1 i T2.
Важливість ідеального циклу Карно полягає в тому, що для усіх циклів реальних теплових машин він вказує на верхню межу перетворення теплоти в роботу при заданому діапазоні температур T1 і T2. Для холодильних машин, для порівняння, використовують обернений цикл Карно, який протікає проти годинникової стрілки, а процеси співпадають з прямим циклом Карно. Холодний коефіцієнт оберненого цикла Карно підраховують за формулою
Ексерсія (технічна роботоздатність)—це максимальна робота, що здійснює робоче тіло, якщо в якості нижнього джерела теплоти приймають оточуюче середовище із своєю температурою.
Ексерсія підраховується за формулою із першого закону термодинаміки