Описание цикла Карно
Цикл Карно в координатах P и V
Цикл Карно в координатах T и S
Пусть тепловая
машина состоит
из нагревателя с температурой 
,
холодильника с температурой 
и рабочего
тела.
Цикл Карно состоит из четырёх стадий:
Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A→Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты
.
При этом объём рабочего тела увеличивается.Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б→В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В→Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты
Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г→А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.
При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия:
Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия).
[Править]кпд тепловой машины Карно
Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно
.
Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдало холодильнику
Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен
Из последнего выражения видно, что КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля (этот вопрос решается только третьим началом термодинамики, учитывать которое здесь нет необходимости), а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм.
Поэтому максимальный КПД любой тепловой машины будет меньше или равен КПД тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника. Например, КПД идеального цикла Стирлинга равен КПД цикла Карно
26Первое начало термодинамики. Применение к изопроцессам.
Первое начало термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии в приложении к тепловому движению
Первое начало можно представить в виде:
Q=дельтаU+A
Подведенное к системе тепло (Q)идет на изменение внутренней структуры энергии(дельтаU) системы,на совершение системной механической работы(А)
Теплота,как и работа,не является особой формой энергии .Она есть мера энергии хаотического молекулярного движения переданной телу или отданной телом
Количество переданной энергии(теплоты)необходимое для изменения температуры на один градус, зависит от количества вещества его вида и температуры
Это количество теплоты называется теплоемкостью С=dQ/dT