![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Глава 5
- •5.1. Внутренняя энергия. Внутренняя энергия
- •5.2. Термодинамическое взаимодействие тел
- •5.2.1. Термодинамическая работа
- •5.2.2. Теплота
- •5.3. Первое начало термодинамики
- •5.4. Теплоемкость. Теплоемкость идеального газа
- •5.5. Адиабатный процесс
- •5.6. Распространение звуковой волны в газе
- •5.7. Круговые процессы. Тепловые машины
- •5.8. Цикл Карно. Идеальная тепловая машина
5.8. Цикл Карно. Идеальная тепловая машина
Особо важное
значение в термодинамике имеет обратимый
круговой процесс, состоящий из двух
изотерм 12 и 34 и двух адиабат 23 и
41 (рис. 5.8). Этот цикл впервые был
исследован С. Карно, и поэтому носит его
имя. Тепловая машина, работающая по
циклу Карно, называется идеальной
тепловой машиной. В цикле Карно газ
в цилиндре под поршнем приводится в
контакт с нагревателем, имеющим постоянную
температуру T1
и изотермически
расширяется из начального состояния 1
в состояние 2. При этом он получает от
нагревателя теплоту
и совершает работу
.
После этого газ изолируют от нагревателя,
и газ продолжает расширяться по адиабате
23 до состояния 3, совершая работу
и снижая свою температуру до температуры
охладителя T2.
В состоянии 3 рабочее тело (газ) приводится
в контакт с охладителем с постоянной
температурой T2,
и его изотермически сжимают до состояния
4. При этом над газом совершается работа
и он отдает охладителю теплоту
В состоянии 4 газ
изолируется от охладителя и адиабатически
переводится в начальное состояние 1.
Совершаемая над газом работа в этом
Рис. 5.8 |
![](/html/2706/1069/html_lTlW2Cz2lm.2IS9/htmlconvd-2K3ycE_html_265c70fa30bfc2d0.gif)
=
КПД цикла Карно определяется по общей формуле (5.20). Теплоту газ получает в изотермическом процессе расширения 12, поэтому
Теплоту газ отдает в изотермическом процессе сжатия 34, так что
Поскольку в адиабатных процессах 23 и 41
,
то
разделив первое из этих уравнений на
второе, получим связь между объемами
газа
С учетом этого будем иметь
откуда
(5.21)
и тогда КПД цикла Карно
(5.22)
Как видим, КПД
машины, работающей по обратимому циклу
Карно, определяется только температурами
нагревателя
и охладителя
.
При этом если
то КПД тепловой
машины Карно
т.е. машина не совершает работы. Работа
максимальна (
)
при
Следовательно,
машина имеет тем больший КПД и тем,
следовательно, она выгодней, чем ниже