12. Цикл Саади Карно. Термический кпд цикла Карно.

Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

Термическим КПД цикла называют отношение работы цикла к количеству теплоты, подведенной к рабочему телу в цикле. Обозначая термический КПД цикла ηт, получаем в соответствии с этим определением:

Термический КПД цикла характеризует степень совершенства того или иного цикла: чем больше ηт, тем совершеннее цикл; при подводе к рабочему телу одного и того же количества теплоты Q1 в цикле, у которого ηт больше, производится большая работа Lц.

Отношение работы A к количеству теплоты Q₁, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:

Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полученной рабочим телом от «горячего» теплового резервуара, превратилась в полезную работу. Остальная часть (1 – η) была «бесполезно» передана холодильнику. Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда меньше единицы (η < 1). Энергетическая схема тепловой машины ниже:

Энергетическая схема тепловой машины: 1 – нагреватель; 2 – холодильник; 3 – рабочее тело, совершающее круговой процесс. Q₁ > 0, A > 0, Q₂ < 0; T₁ > T₂

С. Карно выразил коэффициент полезного действия цикла через температуры нагревателя T₁ и холодильника T₂:

В реальных холодильных машинах используются различные циклические процессы. Все холодильные циклы на диаграмме (p, V) обходятся против часовой стрелки. Энергетическая схема холодильной машины представлена ниже:

Энергетическая схема холодильной машины. Q₁ < 0, A < 0, Q₂ > 0, T₁ > T₂

Для обращенного цикла Карно

13. Энтропия, как функция состояния. Изменение энтропии в необратимых процессах

Энтропия – функция состояния термодинамической системы, определяемая тем, что ее дифференциал (dS) при элементарном равновесном (обратимом) процессе, происходящем в этой системе, равен отношению бесконечно малого количества теплоты (dQ), сообщенной системе, к термодинамической температуре (Т) системы

dS = dQ/T.

Энтропия является экстенсивным термодинамическим параметром. Энтропия ТС выражается в Дж/К, а удельная энтропия s однородной системы – Дж/(кгК).

Для обратимых процессов:

Это выражение справедливо для любого рабочего тела.

 ; 

Эта формула позволяет вычислить изменения энтропии в обратимых процессах.

Для необратимых процессов:

Формула справедлива для необратимых процессов.

Если их объединить:

Отсюда:

Последняя формула - математическое выражение второго закона термодинамики. В этом выражении знак равенства справедлив для обратимых процессов, а знак неравенства - для необратимых.