Цикл Карно. Рассмотрим обратимый цикл, при осуществлении которого вся теплота в цикле подводится и отводится в изотермических процессах

Рассмотрим обратимый цикл, при осуществлении которого вся теплота в цикле подводится и отводится в изотермических процессах, а число источников минимально – два: один теплоотдатчик и один теплоприемник.

Осуществить обратимо цикл при таких условиях можно сле­дующим образом. Сначала в изотермическом процессе расшире­ния теплота обратимо подводится к рабочему телу от теплоотдатчика с постоянной температурой. Затем в обратимом адиабатном процессе расширения, в котором отсутствует теплообмен между рабочим телом и источниками теплоты, температура рабочего тела понижается до температуры теплоприемника. Далее в обратимом изотермическом процессе при температуре теплоприемника про­исходит отвод теплоты от рабочего тела к нему. Замыкающим цикл процессом должен быть опять обратимый адиабатный про­цесс, в котором при отсутствии теплообмена с внешними источни­ками теплоты температура повышается до начальной и рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Таким образом, обратимый цикл, осуществленный между двумя источниками тепла постоянной температуры, должен состоять из двух обратимых изотермических и двух обратимых адиабатных процессов.

Этот цикл впервые был рассмотрен Сади Карно в его работе «Размышления о движущей силе огня и о машинах,

способных развивать силу», опубликованной в 1824 г.

Указанный цикл изображен на диаграмме (рис. 2).

Представим себе тепловую машину, цилиндр которой может быть по мере надобности как абсолютно теплопроводным. Так и абсолютно нетеплопроводным.

Пусть в первом положении поршня начальные пара­метры рабочего тела p1, v₁ а температура Т1 равна температуре теплотдатчика. Если в этот момент цилиндр будет абсолютно теплопроводным и если его привести в соприкосновение с теплоотдатчиком бесконечно большой энергоемкости, сообщив рабочему телу удельное количество теплоты q₁ по изотерме 1-2, то газ расширится до точки 2 и совершит работу. Параметры точки 2: p₂, v₂ T₁ От точки 2 цилиндр должен быть абсолютно нетеплопроводным. Рабочее тело с температурой T_1, расширяясь по адиабате 2- 3 до температуры теплоприемника T₂, совершит работу. Параметры точки 3: p₃, v₃ T₂. От точки 3 делаем цилиндр абсолютно теплопроводным, сжимая рабочее тело по изотерме 3-4, одновременно отводим удельное количество теплоты q₂ в теплоприемник. В конце изотер­мического сжатия параметры рабочего тела будут p₄, v₄ T₂. От точки 4 в абсолютно нетеплопроводном цилиндре адиабатным про­тесом сжатия 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Из всех возможных циклов он обладает max термическим КПД. Нужно найти наивыгоднейшие процессы, образующих цикл. Карно доказал, что лучшим является обратимый цикл, состоящий из 2-х изотерм и 2-х адиабат.

Т₁ и Т₂ - температуры горячего и холодного источников тепла

1-2 – изотерма с подводом тепла

2-3 – адиабата расширения

3-4 – изотерма сжатия с отводом тепла

4-1 – адиабата сжатия

Подведённое тепло:

Отведённое тепло:

Отношение работы, произведённой двигателем за цикл, к количеству теплоты, подведённой за этот цикл от горячего источника, называется термическим кпд цикла Карно:

- зависит только от температур теплоотдачика и термоприёмника Т1 и Т2

Термический КПД обратимого цикла Карно зависит только от абсолютных температур теплоотдатчика и теплоприемника. Он будет тем больше, чем выше температура теплоотдатчика и чем ниже температура теплоприемника. Термический КПД цикла Кар­но всегда меньше единицы, так как для получения КПД, равного единице, необходимо, чтобы Т2=0 или подведённое тепло было ба равно бесконечности, что неосуществимо. Термический КПД цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и равен нулю, если тела находятся в тепло­вом равновесии, то невозможно теплоту превратить в работу.

Термический КПД цикла Карно имеет наибольшее значение по сравнению с КПД любого цикла, осуществляемого в одном и том же интервале температур. Поэтому сравнение термических КПД любого цикла и цикла Карно позволяет делать заключение о степени совершенства исполь­зования теплоты в машине, работающей по данному циклу.

В реальных двигателях цикл Карно не осуществляется вследствие практических трудностей. Однако теоретическое и прак­тическое значение цикла Карно весьма ве­лико. Он служит эталоном при оценке со­вершенства любых циклов тепловых дви­гателей.

_всегда h_t < 1