Кругові процеси (цикли)

В процесі, що відбувається за годинниковою стрілкою, теплова енергія перетворюється в механічну (рис. 9.9):

В процесі, що відбувається проти годинникової стрілки, механічна енергія перетворюється в теплову (рис. 9.9):

У теплових двигунах прагнуть досягти найбільш повного перетворення теплової енергії в механічну. Карно виявив, що найбільш сприятливі співвідношення виходять в тому випадку, коли газ робить певний цикл. Цей цикл складається з чотирьох послідовних термодинамічних процесів (рис. 9.10)

1. Ізотермічне розширення (1-2):

Підведена теплота (9.23).

Вироблена системою робота.

Адіабатичне розширення (2-3):

Вироблена системою робота

Ізотермічне стиснення (3-4):

Досконала над системою робота

Адіабатичне стиснення (4-1):

Досконала над системою робота

Площа, яка знаходиться між кривими 1-2-3 (рис. 9.10) і віссю абсцис, відповідають механічній роботі, виробленої газом при розширенні, а площа, яка знаходиться між кривими 3-4-1 і віссю абсцис, відповідає механічній роботі, витраченої на стиск газу. Різниця обох площ дає механічну роботу, вироблену під час циклу. Звідси випливає, що кількість теплоти, отримане газом від нагрівача при переході зі стану 1 в стан 2, має бути більше кількості теплоти, відданої газом холодильника при переході зі стану 3 в стан 4:. Частина отриманого газом тепла витрачається тоді на твір механічної роботи. Перетворення теплоти в механічну енергію відбувається в повному обсязі, а лише частково.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) показує, яка частина теплоти, отриманої газом від нагрівача, перетворюється в механічну роботу.

Qподв - кількість теплоти, отримане газом від нагрівача при більш високій температурі T1 (Qподв> 0),

Qотв - кількість теплоти, віддане газом холодильника при більш низькій температурі T2 (Qотв <0),

# 951; - термічний ККД = =

то, оскільки Q = Qподв + Qотв (Qотв <0), получим КПД тепловых двигателей

У разі циклу Карно це загальне рівність можна відповідним чином перетворити.

Оскільки процеси 2-3 і 4-1 є адиабатические процеси, для них з формули (9.29) слід

Термічний ККД запишеться тоді у вигляді

Після спрощення отримаємо термічний ККД циклу Карно:

ККД циклу Карно не залежить від природи робочого тіла і є функцією тільки температури холодильника і нагрівача. Максимальне значення ККД (ідеальний випадок) будь-яких теплових двигунів завжди менше одиниці і визначається за формулою (9.35). Насправді ККД завжди менше цього значення внаслідок втрат і інших причин. Таким чином, формула (9.35) визначає верхня межа ККД: hідеал.