Цикл карно - лекції з фізики

Аналізуючи роботу теплових двигунів, французький інженер С. Карно в 1824г. прийшов до висновку, що найвигіднішим круговим процесом є оборотний круговий процес, що складається з двох ізотермічних і двох адіабатичних процесів, тому що він характеризується найбільшим коефіцієнтом корисної дії. Такий цикл отримав назву циклу Карно. У прямому циклі Карно робоче тіло ізотермічні, а потім адиабатически розширюється, після чого знову ізотермічні (при більш низькій температурі) і потім адиабатически стискається. Тобто цикл Карно обмежений двома изотермами і двома АДІАБАТА.

При ізотермічному розширенні від нагрівача відбирається тепло (на ділянці 1-2 рис. 9.11). Внаслідок цього температура газу підтримується незмінною. Відповідно, параметри точки 2 дорівнюватимуть. На ділянці 2-3 відбувається адіабатне розширення. Внутрішня енергія газу зменшується і його температура падає до Т2. Параметри точки 3 -. На ділянці 3-4 газ ізотермічні стискається. Параметри точки 4 -. Виділяється при цьому тепло відбирається холодильником. Ділянка 4-1 -адіабатіческое стиснення до вихідного стану, що відповідає точці 1. Таким чином, завершено цикл "1-2-3-4-1 і в підсумку нагрівач віддав газу теплоту. а холодильник відібрав Різниця визначає корисну роботу газу за один цикл, так як згідно з I закону термодинаміки. але для кругового процесу і, отже.

Ставлення корисної роботи до затраченої енергії нагрівача визначає коефіцієнт корисної дії (ККД) теплової машини:

Ця формула справедлива для будь-якого оборотного і необоротного процесу.

Визначимо коефіцієнт корисної дії циклу Карно для оборотного процесу. Теплота підводиться на ділянці 1-2 і відводиться на ділянці 3-4. Для ізотермічного процесу внутрішня енергія Q = const і все підводиться тепло витрачається на роботу.

тоді

або

Для ізотермічного процесу робота


З урахуванням останніх виразів

Так як процеси на ділянках 2-3 і 1-4 адиабатические, для визначення зв'язку між і і і використовуємо рівняння Пуассона у вигляді

отже,

і

Розділимо ці рівняння і отримаємо

Тоді вираз для к.к.д. (9.24) набуде вигляду

Ця формула справедлива тільки для оборотного циклу Карно.

  1. Всі оборотні машини, що працюють за циклом Карно, мають, незалежно від природи робочого тіла, однаковий ККД за умови якщо у них загальний нагрівач і холодильник.
  2. Якщо дві теплові машини мають загальний нагрівач і холодильник і одна оборотна, а інша необоротна, то ККД оборотної більше незворотною