Тепловые машины. Цикл Карно.

Каким же образом можно получать работу от макросистем, чтобы использовать ее? Для этого надо заставить систему вернуться в исходное состояние по траектории, которая на графике (р,V) лежит ниже, чем прямой процесс. Этим точкам соответствует более низкая температура.

Система, которая совершает механическую работу за счет использования термодинамических законов, называется тепловой машиной.

Полезная работа, совершенная за 1 цикл,

, т.к. .

Полученное системой за 1 цикл количество теплоты

.

Таким образом, коэффициент полезного действия

В 1824 г. Н.С.Карно опубликовал статью, в которой теоретически проанализировал обратимый цикл, дающий максимально возможный КПД. Этот цикл, как показано, должен состоять из 4 последовательных процессов: поступление теплоты Q₁ в систему при постоянной температуре Т₁ (изотерма), при этом вся теплота идет на совершение работы, затем теплота не поступает, а работа совершается за счет внутренней энергии системы (адиабата), далее теплота Q₂ отнимается у системы «холодильником» при постоянной температуре Т₂ (изотерма), и, наконец, над системой совершают работу за счет увеличения ее внутренней энергии, возвращая ее в исходное состояние (адиабата). Итак, цикл Карно состоит из 2 изотерм и 2 адиабат.

Карно показал, что такой цикл при использовании в качестве рабочего тела идеального газа дает максимальный КПД, т.е. является наиболее экономичным. Расчет дает

.

Карно предположил, что этот результат справедлив для любых термодинамических систем.