4.5 Идеальная тепловая машина. Цикл Карно

Во всех реальных тепловых машинах происходят те или иные потери энергии.

Рис.44.

Если в машине отсутствуют потери на теплопроводность, лучеиспускание, трение и т.д., т.е. нет необратимых потерь, то тепловая машина называется идеальной.

Прямой круговой процесс, состоящий из двух изотермических процессов и двух адиабатических, называется циклом Карно.

1. – контакт рабочего тела с нагревателем

(1-2) – изотермическое расширение, от нагревателя отбирается тепло Q

2. – прекращение контакта рабочего тела с нагревателем

(2-3) – адиабатическое расширение, U уменьшается и температура понижается T_X<T_H

3. – контакт с холодильником (Т_Х)

(3-4) – изотермическое сжатие. Тепло отбирается холодильником от рабочего тела

4. – прекращение контакта с холодильником

(4-1) – адиабатическое сжатие, U увеличивается и температура повышается до Т_исх

Q_H– Q_X= A_цикла,

– работа изотермического расширения,

– работа изотермического сжатия.

По определению КПД тепловой машины это отношение полезной работы за цикл к затраченной энергии нагревателя:

.

Таблица 1

Название процесса	Уравнение процесса	Связь между параметрами состояния	Работа процесса	Количество теплоты, сообщенное в процессе	Изменение внутренней энергии	Теплоемкость		Показатель политропы
изотермический	T = const	PV = const	dA = PdV	dQ = dA Q = A	dU = 0 ΔU = 0		+∞ при dV> 0 (расширение) –∞ dV< 0 (сжатие)	n = 1
изохорический	V = const		dA = 0 A = 0	dQ = CVdT Q = CV(T2 – T1)	dU = CvdT ΔU = Cv(T1 – T2)			n = ∞
изобарический	P = const		dA = PdV A = P(V2 – V1)	dQ = CPdT Q = CP(T2 – T1)	dU = CVdT ΔU = Cv(T1 – T2)			n = 0
адиабатный	δQ = const	PVγ = const	dA = PdV= –dU A = CV(T1 – T2) =	dQ = 0 Q = 0	dU = -dA ΔU = -A = Cv(T1 – T2)	C = 0		n = γ
политропный	C = const	PVⁿ = const	dA = PdV	dQ = CdT Q = C(T2 – T1)	dU = CVdT ΔU = Cv(T1 – T2)

Теорема Карно: – КПД цикла Карно идеальной тепловой машины.

Цикл Карно обратим, т.к. все его составные части являются равновесными процессами.

Тесты к лекции №4.

Тест 4.1. Как называется процесс, протекающий без теплообмена с внешней средой?

 Адиабатический

 Изобарический

 Изохорический

 Изотермический

Тест 4.2. Как называется газ или тело, совершающее круговой процесс?

 движущаяся точка

 тело

 рабочее тело

 нет правильного ответа

Тест 4.3. Какая формула характеризует изменение внутренней энергии изохорического процесса?



 dU = C_vdT

 dQ = C_PdT

 dA = PdV

Тест 4.4. При каком процессе давление остается постоянным, р=соnst?

 Изохорический

 Изобарный

 Адиабатный

 Изотермический

Тест 4.5. При каком процессе объем остается постоянным, V=const?

 Изохорический

 Изобарный

 Адиабатный

 Изотермический