Зміст лекції. Цикл Карно, теореми Карно. Коефіцієнт корисної дії. Оборотні та необоротні процеси. Явища переносу.

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему,носящую теперь его имя: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т ₁)и холодильников (Т ₂),наибольшим КПД обладают обратимые машины; при этом КПД обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей (Т ₁)и холодильников (Т ₂),равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела (тела, совершающего круговой процесс и обменивающегося энергией с другими телами). Карно теоретически проанализировал обратимый наиболее экономичный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, и называемый циклом Карно. Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

Цикл Карно изображен на рис.87, где изотермические расширение и сжатие заданы соответственно кривыми 1 - 2 и 3 - 4, а адиабатические расширение и сжатие - кривыми 2 - 3 и 4 - 1. При изотермическом процессе U =const, поэтому, количество теплоты Q ₁, полученное газом от нагревателя, равно работе расширения A ₁₂, совершаемой газом при переходе из состояния / в состояние 2:

При адиабатическом расширении 2-3 теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения А ₂₃совершается за счет изменения внутренней энергии:

.

Количество теплоты Q ₂, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии, равно работе сжатия А ₃₄

.

Работа адиабатического сжатия

.

Работа, совершаемая в результате кругового процесса,

и, как можно показать, определяется площадью, выполненной в цвете на рис. 87.

Термический КПД цикла Карно,

.

Для адиабат 2 — 3 и 4 — 1, получим

,

откуда

.

Подставляя эту дробь в формулу, получим

т.е. для цикла Карно КПД действительно определяется только температурами нагревателя и холодильника. Для его повышения необходимо увеличивать разность температур нагревателя и холодильника. КПД всякого реального теплового двигателя из-за трения и неизбежных тепловых потерь гораздо меньше вычисленного для цикла Карно.

Обратный цикл Карно лежит в основе действия тепловых насосов. В отличие от холодильных машин тепловые насосы должны как можно больше тепловой энергии отдавать горячему телу, например системе отопления. Часть этой энергии отбирается от окружающей среды с более низкой температурой, а часть - получается за счет механической работы, производимой, например, компрессором.

РЕЗЮМЕ

- Карно теоретично проаналізував оборотний найбільш економічний цикл, що складається з двох ізотерм і двох адіабати, і званий циклом Карно.

-Для циклу Карно ККД визначається тільки температурами нагрівача і холодильника.

- Теорема Карно: З усіх періодично діючих теплових машин, що мають однакові температури нагрівачів (Т₁) і холодильників (Т₂), найбільшим ККД володіють оборотні машини; при цьому ККД оборотних машин, що працюють при однакових температурах нагрівачів (Т₁) і холодильників (Т₂), рівні один одному і не залежать від природи робочого тіла (тіла, що здійснює круговий процес і обмінюється енергією з іншими тілами).