 |
|
Расширяться адиабатно. При этом внутренняя энергия газа расходуется на
Совершение работы, в результате чего температура уменьшается, достигая
Рис. 5.3. Цикл Карно на диаграммах р _ v (а) и Т _ s (б)
Значения Т2 в точке 3. Затем рабочее тело приводится в соприкосновение с
Холодным источником тепла, имеющим температуру Т2.
При этой температуре происходит процесс изотермического сжатия в
Результате отвода от рабочего тела в холодильник теплоты q2.
В заключение в точке 4 рабочее тело изолируется от холодного источ-
Ника и продолжает сжиматься адиабатно. При этом за счет энергии, получае-
Мой газом в виде внешней работы, его внутренняя энергия повышается так,
Что в точке 1 температура вновь достигает значения Т1, т. е. система возвра-
Щается в исходное состояние.
Термодинамический к. п. д. цикла Карно можно выразить через темпе-
ратуры Т1 и Т2, если учесть, что, как это видно из рис. 5.3, б:
q1 = Т1 (s2 _ s1) и q2 = Т2(s2 _ s1).
Подставляя эти выражения в (5.1), получим формулу:
η = 1 _ Т2/Т1, (5.3)
Как это следует из полученного результата, термодинамический к. п. д.
Цикла Карно не зависит от природы газа и определяется только температу-
Рами холодного и горячего источников тепла. Он возрастает при увеличении
Т1 и при уменьшении Т2.
Обратимый цикл Карно является наиболее совершенным круговым
Процессом, так как имеет максимально возможный термодинамический
К. п. д. В этом можно убедиться, рассмотрев любой другой круговой про-
Цесс, происходящий в том же интервале температур и при том же изменении
энтропии, например, показанный пунктиром на рис. 5.3, б.
Видно, что для этого процесса подводимая теплота q1 меньше, чем для
Цикла Карно, а отводимая q2 больше. Следовательно, в соответствии с вы-
Ражением (5.1) термодинамический к. п. д. этого цикла меньше, чем для
Цикла Карно.
Нетрудно показать также, что термодинамический к. п. д. обратимого
Цикла Карно больше, чем к. п. д. такого же, но необратимого цикла.
Рассмотрим с этой целью цикл Карно (рис. 5.4, а), в котором изотермические
Рис. 5.4. Различные циклы Карно: (а) – обратимый и
Необратимый циклы; (б) – рекуперативный цикл
Процессы расширения 1' _ 2' и сжатия 3' _ 4' являются необратимыми. На
Практике такие процессы всегда необратимы, поскольку подвод теплоты от
Горячего источника с температурой Т1 к газу можно осуществить, только
если температура газа Т'1 < Т1. Точно так же отвод теплоты от газа к холод-
ному источнику с температурой Т2 возможен, если температура газа Т'2 > Т2.
Таким образом, эти необратимые изотермические процессы протекают при
Наличии конечной разности температур между системой и окружающей
Средой, чем и обусловлена их необратимость.
Легко видеть, что подводимая теплота q1 (площадь под отрезком
Для необратимого цикла меньше, чем для обратимого (площадь под
Отрезком 1 _ 2), тогда как отводимая теплота q2 (площадь под отрезком
Больше. Следовательно, в соответствии с формулой (5.1) термоди-
Намический к. п. д. обратимого цикла Карно больше, чем необратимого.
Таким образом, цикл Карно является наиболее совершенным и идеаль-
Ным циклом теплового двигателя. Так как на практике он неосуществим, и не