Цикл Карно состоит из двух изотерм 1-2, 3-4 и двух адиабат 2-3, 4-1 (рис. 1.13). Из начального состояния газ изотермически расширяется по линии 1-2 при постоянной температуре T1, получая при этом количество теплоты q1 от теплоисточника. В точке 2 рабочее тело отключается от теплоисточника и продолжает расширяться адиабатно без подвода и отвода тепла по линии 2 — 3; при этом его температура снижается от Т1 до Т2. В точке 3 рабочее тело подключается к теплоприемнику (холодному теплоисточнику), сжимается изотермически при постоянной температуре T2 по линии 3 — 4, отдавая теплоту q2 теплоприемнику. В точке 4 отключается теплоприемник, газ сжимается адиабатно по линии 4 — 1, при этом его температура вновь повышается до T1.
Рис. 1.13-Цикл Карно.
Удельное количество тепла в изотермическом процессе определяеся выражением: (1.88)
(1.89)
Согласно, первому закону термодинамики, разность q1-q2 эквивалентна удельной полезной работе l0
(1.90)
Из уравнения для адиабаты 2-3 следует:
(1.91)
А для адиабаты 4-1:
|
|
(1.92)
Отсюда
или (1.93)
Используя выражения (1.83), (1.84)получим:
– пропорция Карно. (1.94)
Отсюда
(1.95)
Цикл Карно назван идеальным циклом, поскольку имеет ряд допущений:
1) Цикл протекает бесконечно медленно (нет потерь на трение), то есть рабочее тело находится в равновесии;
2) Цикл является обратимым.
Эта формула позволяет сделать следующие выводы;
1) термический кпд цикла Карно не зависит от природы газа;
2) кпд цикла Карно определяется только абсолютными значениями начальной температуры Т1 и конечной температуры Т2; его увеличение возможно повышением Т1 или снижением Т2;
3) кпд цикла Карно и любого другого цикла всегда меньше единицы, т.к. невозможно достигнуть Т = или Т2 = 0. Следовательно, всю подводимую теплоту невозможно превратить в работу;
4) для получения работы необходимы два теплоисточника с разными температурами, так как при Т1 = Т2 .
Цикл Карно - это идеальный цикл. Его невозможно осуществить в реальной машине, но максимальный кпд может быть достигнут при максимальном приближении к циклу Карно.