Прямой цикл Карно. Вопросы для самопроверки

Тема 4. Прямой цикл Карно. Обобщённый (регенеративный цикл Карно). Обратный цикл Карно.

Вопросы для самопроверки

1. Возможен ли процесс, в котором теплота, взятая от горячего источника, полностью превращается в работу?

2. Какой максимальный КПД тепловой машины, работающей между температурами 400 и 18^оС

3. Что называется вечным двигателем первого рода?

С помощью цикла, состоящего из двух изотерм и двух адиабат С.Карно 1824 г. установил основные законы превращение тепловой энергии в механическую. Осуществление цикла Карно можно представить следующим образом. Газ (рабочее тело) с начальными параметрами, характеризующимися точкой а (рис. 7),

Рис. 7 Прямой цикл Карно.

помещен в цилиндр под поршень, причем боковые стенки цилиндра и поршень абсолютно нетеплопроводны, так что теплота может передаваться только через основание цилиндра. Вводим цилиндр в соприкосновение с горячим источником теплоты. Расширяясь изотермически при температуре Т₁ от объема v_а до объема v_в, газ забирает от горячего источника теплоту q₁=Т₁.(s₂ –s₁). В точке b подвод теплоты прекращаем и ставим цилиндр на теплоизолятор. Дальнейшее расширение происходит адиабатно. Работа расширения совершается при этом только за счет внутренней энергии, в результате что температура газа падает до Т₂.

Теперь возвратим тело в начальное состояния. Для этого сначала поместим цилиндр на холодный источник с температурой Т₂ и будем сжимать рабочее тела по изотерме сd, совершая работу l₂ и отводя при этом к нижнему источнику от рабочего тела теплоту q₂=T₂(s₂-s₁). Затем снова поставим цилиндр на теплоизолятор и дальнейшее сжатие проведем в адиабатных условиях. Работа затраченная на сжатие по линии dа, идет на увеличение внутренней энергии, в результате температура газа увеличивается до Т₁. Таким образом, в результате цикла каждый килограмм газа получает от горячего источника теплоту q₁, отдает холодному теплоту q₂ и совершает работу l_ц.

Подставим в формулу (36) выражения q₁ и q₂, получим, что термический КПД цикла Карно определяется:

η_t=1-Т₂/Т₁ (37)

Отсюда видно, что термический КПД цикла Карно зависит только от абсолютных температур горячего и холодного источников. Увеличить КПД цикла можно либо за счет увеличения температуры горячего источника, либо за счет уменьшения температуры холодного. При Т₁=Т₂ термический КПД цикла Карно равен нулю. Это указывает на невозможность превращения теплоты в работу, если все тела системы имеют одинаковую температуру, т.е. находятся в тепловом равновесии.