2015-09-06
855
Особо важное значение в термодинамике имеет обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотерм 12 и 34 и двух адиабат 23 и 41 (рис. 5.8). Этот цикл впервые был исследован С. Карно, и поэтому носит его имя. Тепловая машина, работающая по циклу Карно, называется идеальной тепловой машиной. В цикле Карно газ в цилиндре под поршнем приводится в контакт с нагревателем, имеющим постоянную температуру T 1 и изотермически расширяется из начального состояния 1 в состояние 2. При этом он получает от нагревателя теплоту 
и совершает работу 
. После этого газ изолируют от нагревателя, и газ продолжает расширяться по адиабате 23 до состояния 3, совершая работу 
и снижая свою температуру до температуры охладителя T 2. В состоянии 3 рабочее тело (газ) приводится в контакт с охладителем с постоянной температурой T 2, и его изотермически сжимают до состояния 4. При этом над газом совершается работа 
и он отдает охладителю теплоту 
В состоянии 4 газ изолируется от охладителя и адиабатически переводится в начальное состояние 1. Совершаемая над газом работа в этом
|
|
|
Рис. 5.8
|
процессе будет 
Записав первое начало термодинамики для каждого из четырех участков цикла и сложив их, получим, что в результате цикла Карно газ совершает работу
= 
КПД цикла Карно определяется по общей формуле (5.20). Теплоту газ получает в изотермическом процессе расширения 12, поэтому
Теплоту 
газ отдает в изотермическом процессе сжатия 34, так что
Поскольку в адиабатных процессах 23 и 41
,
то разделив первое из этих уравнений на второе, получим связь между объемами газа 
С учетом этого будем иметь
откуда
(5.21)
и тогда КПД цикла Карно
(5.22)
Как видим, КПД машины, работающей по обратимому циклу Карно, определяется только температурами нагревателя 
и охладителя 
. При этом если 
то КПД тепловой машины Карно 
т.е. машина не совершает работы. Работа максимальна (
) при 
Следовательно, машина имеет тем больший КПД и тем, следовательно, она выгодней, чем ниже
