11. Цикл Карно . 2 ппт

Цикл Карно є прямий оборотний круговий процес, що складається з двох оборотних ізотермічних  процесів 1  1' із температурою Т₁ i 2 - 2' із температурою Т₂ та двох оборотних адіабатних процесів 1'2  i 21 (див.Мал.60).  У процесі 11'робоче тіло одержує від нагрівача тепло , а в процесі 22'    віддає холодильнику тепло .  В циклі Карно тепловий двигун може виконати роботу, еквівалентну лише частині одержаного від нагрівача тепла, а решту тепла витрачає  для повернення у вихідний стан 1 із ненульовою роботою, шляхом передачі тепла холодильнику.

Теорема Карно: термічний ККД _t оборотного циклу Карно не залежить від природи робочого тіла і є функцією лише абсолютних температур нагрівача  та холодильника 

.                (1)

Щоб довести цю теорему, розглянемо процес теплопередачі в циклі. На дільниці 11' процес ізотермічний з розширенням від V₁ до V_1' і за першим началом для ізотермічного процесу .  З іншого боку, робота системи на цій дільниці

.                (2)

На дільниці 1'2 процес адіабатичний з розширенням від  до  без теплообміну, тобто . Стан 1' та стан 2 мають об'єми та температури, що зв'язані рівнянням адіабати

,                (3)

а робота, яку виконує газ при розширенні знайдемо з рівняння A=(U₂-U₁)

                (4)На дільниці 2 - 2' процес ізотермічний із зменшенням об'єму від V₂ до V_2’' і за першим началом .  Робота системи на цій дільниці       

.                (5)На дільниці 2'1 процес адіабатичний із зменшенням об'єму від V_2' до V₁ без теплообміну, тобто . Стан 2' та стан 1 мають об'єми та температури, що зв'язані рівнянням адіабати

                (6)

а робота, яку виконує газ у цьому процесі знайдемо з рівняння A=(U₁-U₂)

.                 З рівнянь (3) та (6) одержимо

 

.                 (8)Кількість теплоти, одержаної системою в циклі, зважаючи на (4) та (7) є

.                (9)

Робота, виконана системою, дорівнює

А = RT₁ln() - RT₂ln(),                (10)

 тому що

               Коефіцієнт корисної дії теплової машини за цикл з урахуванням (11) та (2) визначимо так

 .                (12)Термічний коефіцієнт корисної дії будь-якого необоротного кругового процесу  завжди менше коефіцієнта корисної дії  оборотного кругового процесу, при однакових температурах нагрівача й холодильника.

Для оборотного циклу величина  залежить лише від співвідношення температур нагрівача та холодильника.  Для зворотного циклу Карно  і є максимальним по відношенню до циклу з необоротними процесами.

 

Дру́гий закон термодина́міки — один із основних законів фізики, закон про неспадання ентропії в ізольованій системі.

Для системи із сталою температурою існує певна функція стану S — ентропія, яка визначається таким чином, що

Другий закон термодинаміки можна сформулювати такими еквівалентними положеннями:

*  неможливо створити вічний двигун другого роду, тобто двигун, що отримує тепло від нагрівача і перетворює його у рівну кількість механічної енергії,

*  неможливий процес, єдиним результатом якого є перетворення тепла, одержаного від нагрівача, в еквівалентну йому роботу.

*  неможливий процес, єдиним результатом якого є передача енергії у формі тепла від холодного тіла до гарячого,

*  неможливий круговий процес, єдиним результатом якого  було б виконання роботи за рахунок охолодження робочого тіла,

*  в замкненій системі ентропія може лише зростати або залишаться сталою.