Цикл Карно

Реальные процессы в тепловых машинах являются необратимыми (всегда есть потери). Максимальный КПД имеет тепловая машина, у которой цикл состоит только из равновесных состояний.

Замечание. Для возникновения теплопередачи необходима разность температур. Однако возникающие тепловые потоки вызывают неравновесность процессов. В идеальном случае процесс должен протекать бесконечно долго при постоянной температуре.

В идеальной тепловой машине подобный подход реализован в виде цикла Карно.

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов.

Процесс 1 - 2 – изотермический. В этом процессе газ получает тепло от нагревателя-термостата, расширяясь при постоянной температуре Т_Н.

Процесс 2 - 3 – адиабатический – газ расширяется без теплообмена.

Процесс 3 - 4 – изотермический – газ отдает тепло холодильнику-термостату, сжимаясь при постоянной температуре Т_Х.

Процесс 4 - 1 – адиабатический – газ сжимается без теплообмена. Цикл в последовательности 1-2-3-4-1 является прямым циклом. Обратный цикл осуществляется в холодильной машине.

Найдем КПД цикла Карно.

так как газ расширяется, так как газ сжимается.

Для изотермических процессов , .

Для адиабатических процессов и , поэтому

, откуда .

КПД цикла Карно: , т.е. .

Итак, для любой тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, коэффициент полезного действия равен

.

Отсюда следует полезное равенство .

Дата добавления: 2014-01-06