Обратный цикл Карно

Рисунок – Обратный цикл Карно в р,v – и Т, s – диаграммах.

Рабочее тело с начальными параметрами (т. а) расширяется адиабатно, совершая работу расширения за счет внутренней энергии, и охлаждается от температуры Т ₁ до температуры Т ₂. Далее расширение происходит по изотерме, и рабочее тело отбирает от нижнего источника с температурой Т ₂теплоту q ₂. Потом газ подвергается сжатию сначала по адиабате, и его температура от Т ₂ повышается до T ₁, а затем – по изотерме (Т ₁= const). При этом рабочее тело отдает верхнему источнику с температурой T ₁количество теплоты q ₁.

Т.к. в обратном цикле сжатие рабочего тела происходит при более высокой температуре, чем расширение, работа сжатия, совершаемая внешними силами, больше работы расширения на величину площади контура цикла abсd. Эта работа превращается в теплоту и вместе с теплотой q ₂передается верхнему источнику. Затратив на осуществление обратного цикла работу l_ц, можно перенести теплоту от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой, при этом нижний источник отдаст количество теплоты q ₂, а верхний получит количество теплоты q ₁ = q ₂ + l_ц.

Обратный цикл Карно является идеальным циклом холодильных установок, которых рабочими телами служат пары легкокипящих жидкостей – фреона, аммиака и т.п. Процесс происходит за счет затрат электроэнергии.

Рисунок – Термодинамическая схема холодильной машины.

Эффективность холодильной установки оценивается холодильным коэффициентом, отношением количества теплоты, отнятой за цикл от холодильной камеры, к затраченной в цикле работе:

e = q ₂ / l_ц = q ₂/ (q ₁ – q₂). (3.5)

Для обратного цикла Карно

e =Т ₂ / (Т ₁ –Т ₂). (3.6)

Чем меньше разность температур между холодильной камерой и ОС, тем меньше нужно затратить энергии для передачи теплоты от холодного тела к горячему и тем выше холодильный коэффициент.