Цикл карно - це
Цикл Карно - ідеальний термодинамічний цикл. Теплова машина Карно. працює з цього циклу, має максимальний ККД з усіх машин, у яких максимальна і мінімальна температури здійснюваного циклу збігаються відповідно з максимальною і мінімальною температурами циклу Карно. Складається з 2 адиабатических і 2 ізотермічних процесів.
Цикл Карно названий на честь французького військового інженера Сади Карно. який вперше його досліджував в 1824 році.
Одним з важливих властивостей циклу Карно є його оборотність: він може бути проведений як в прямому, так і в зворотному напрямку, при цьому ентропія адіабатично ізольованої (без теплообміну з навколишнім середовищем) системи не змінюється.
Опис циклу Карно
Цикл Карно в координатах P і V
Цикл Карно в координатах T і S
Нехай теплова машина складається з нагрівача з температурою, холодильника з температурою і робочого тіла.
Цикл Карно складається з чотирьох стадій:
- Ізотермічне розширення (на малюнку - процес A → Б). На початку процесу робоче тіло має температуру, тобто температуру нагрівача. Потім тіло приводиться в контакт з нагрівачем, який ізотермічні (при постійній температурі) передає йому кількість теплоти. При цьому обсяг робочого тіла збільшується.
- Адіабатичне (ізоентропіческое) розширення (на малюнку - процес Б → В). Робоче тіло від'єднується від нагрівача і продовжує розширюватися без теплообміну з навколишнім середовищем. При цьому його температура зменшується до температури холодильника.
- Ізотермічне стиснення (на малюнку - процес В → Г). Робоче тіло, що має на той час температуру, наводиться в контакт з холодильником і починає ізотермічні стискатися, віддаючи холодильника кількість теплоти.
- Адіабатичне (ізоентропіческое) стиснення (на малюнку - процес Г → А). Робоче тіло від'єднується від холодильника і стискається без теплообміну з навколишнім середовищем. При цьому його температура збільшується до температури нагрівача.
При ізотермічних процесах температура залишається постійною, при адіабатичних відсутня теплообмін, а значить, зберігається ентропія:
Тому цикл Карно зручно представити в координатах T і S (температура і ентропія).
ККД теплової машини Карно
Кількість теплоти, отримане робочим тілом від нагрівача при ізотермічному розширенні, так само
.
Аналогічно, при ізотермічному стисканні робоче тіло віддало холодильника
.
.
З останнього виразу видно, що ККД теплової машини Карно залежить тільки від температур нагрівача і холодильника. Крім того, з нього випливає, що ККД може становити 100% тільки в тому випадку, якщо температура холодильника дорівнює абсолютному нулю. Це неможливо, але не через недосяжність абсолютного нуля (це питання вирішується тільки третім початком термодинаміки, враховувати яке тут немає необхідності), а через те, що такий цикл або можна замкнути, чи він вироджується в сукупність двох співпадаючих адіабат і ізотерм .
Тому максимальний ККД будь-якої теплової машини буде менше або дорівнює ККД теплової машини Карно, що працює при тих же температурах нагрівача і холодильника. Наприклад, ККД ідеального циклу Стірлінга дорівнює ККД циклу Карно.
Зв'язок між оборотністю циклу і ККД
Для того, щоб цикл був оборотним, з нього повинна бути виключена передача теплоти при наявності різниці температур (так як такі процеси незворотні в силу постулату Томсона). Значить, передача теплоти повинна здійснюватися або в ізотермічному процесі (як в циклі Карно), або в еквідистантним процесі (узагальнений цикл Карно або, для прикладу, його окремий випадок Цикл Брайтона). Для того, щоб міняти температуру робочого тіла від температури нагрівача до температури холодильника і назад, необхідно використовувати або адиабатические процеси (вони йдуть без теплообміну і, отже, не впливають на ентропію), або цикли з регенерацією тепла при яких немає передачі тепла при різниці температур . Ми приходимо до висновку, що будь-який оборотний цикл може бути зведений до циклу Карно.
Прикладом оборотного циклу, який не є циклом Карно, але інтегрально збігається з ним, є ідеальний цикл Стірлінга. в двигуні Стірлінга доданий регенератор, що забезпечує повне наближення циклу до циклу Карно з досягненням оборотності і тих же величин ККД.
Якщо ж в циклі виникає передача теплоти при наявності різниці температур, а такими є всі технічні реалізації термодинамічних циклів, то цикл втрачає властивість оборотності. Інакше кажучи, за допомогою відведеної в циклі механічної роботи стає неможливим отримати вихідну теплоту. ККД такого циклу буде завжди менше ніж ККД циклу Карно.
література
Дивитися що таке "Цикл Карно" в інших словниках:
ЦИКЛ Карно - ЦИКЛ Карно, в термодинаміці цикл подій, який свідчить про те, що ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ не можуть мати коефіцієнт корисної дії 100%. Отримав назву по імені Сади Карно. Цикл показує, що двигун ніколи не може ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник
цикл Карно - Karno ciklas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas (ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. Carnot cycle vok. Karnot Prozess, m; Karnotscher Kreisprozess, m rus. цикл Карно, m pranc. cycle de ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
цикл Карно - Karno ciklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Grįžtamasis ciklas, susidedantis iš grįžtamųjų izoterminių ir adiabatinių procesų. atitikmenys: angl. Carnot cycle rus. цикл Карно ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
цикл Карно - Karno ciklas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Carnot cycle vok. Carnot Kreisprozeß, m; Carnot Prozeß, m rus. цикл Карно, m pranc. cycle de Carnot, m ... Fizikos terminų žodynas
цикл карно - Karno ciklas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Grįžtamasis uždarasis ciklas, sudarytas iš dviejų izoterminių ir dviejų adiabatinių procesų. Vykstant šiam ciklui, gaunamas didžiausias teoriškai galimas šiluminio naudingumo koeficientas: η = ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Цикл Карно - холод. техн. Ідеальний оборотний термодинамічний цикл, утворений двома ізотермічними і двома адіабатичними процесами. Він відповідає максимальному перетворенню тепла в механічну енергію ... Універсальний додатковий практичний тлумачний словник І. Мостиського
цикл Карно - Оборотний термодинамічний цикл, що складається з двох ізоентропних і двох ізотермічних процесів ... Політехнічний термінологічний тлумачний словник
Карно ЦИКЛ - оборотний круговий процес, в до ром відбувається перетворення теплоти в роботу (або роботи в теплоту). К. ц. складається з послідовно чергуються двох изотермич. і двох адіабатіч. процесів, що здійснюються з робочим тілом (напр. паром). Вперше ... Фізична енциклопедія
Карно цикл - оборотний круговий процес, що складається з двох ізотермічних і двох адіабатичних процесів; вперше розглянуто Н. Л. С. Карно (1824) у зв'язку з визначенням ккд теплових машин. Ккд Карно циклу η не залежить від властивостей робочого тіла (пари, газу ... ... Енциклопедичний словник
- Роздуми про тепловому вічний двигун. П.К. Лисичанський. Загальноприйнято вважати що цикл Карно має максимальною ефективністю і загальністю для будь-яких теплових процесів, і є головним обґрунтуванням Другого Начала термодинаміки (скорочено ... Детальніше Купити за 3582 грн (тільки Україна)
- Технічна термодинаміка та теплопередача. Підручник. Книга складається з двох розділів. У першому розділі розглянуто перший і другий закони термодинаміки, прямий і зворотний цикли Карно, узагальнений термодинамічний цикл Карно, ексергетичний ... Детальніше Купити за 1876 руб
- Технічна термодинаміка та теплопередача. Підручник. В. А. Кудінов, Е. М. Карташов, Є. В. Стефанюк. Книга складається з двох розділів. У першому розділі розглянуто перший і другий закони термодинаміки, прямий і зворотний цикли Карно, узагальнений термодинамічний цикл Карно, ексергетичний ... Детальніше Купити за 1379 руб