КПД цикла Карно (графики цикла в координатах p-V и T-S)).
Основные понятия
Законы, принципы и соотношения Цикл Карно. . Рассмотренный Карно тепловой двигатель состоял из нагревателя с температурой Т1 холодильника с температурой Т2 и рабочего тела, т.е. устройства, способного получать тепло и совершать работу (см. рис.*). Под рабочим телом пока будем понимать идеальный газ в цилиндре с поршнем. Карно рассмотрел цикл из двух изотерм и двух адиабат (рис. **). При изотермическом расширении 1-2 газ находится в контакте с нагревателем (Т1). Пусть при этом газ получает тепло Q1. На изотерме 3-4 газ отдает тепло Q2 холодильнику Т2. КПД двигателя Данный цикл является обратимым (если его проводить бесконечно медленно). Он может быть проведен в обратном направлении, и при этом газ совершает отрицательную работу, нагреватель получает обратно теплоQ1, холодильник отдает газу тепло Q2, которое он получил в прямом цикле. Именно так в принципе работает любой бытовой холодильник. Дальнейшие рассуждения проще всего провести, изобразив цикл Карно не на диаграмме р, V, а на диаграмме S, Т (энтропия - температура). На этой диа- грамме цикл Карно имеет вид прямоугольника (рис. ***). Изотермы изображаются прямыми 1-2 и 3-4, адиабаты - прямыми 2-3 и 4-1. Полученное тепло Q1=T1(S2-S1) и равно площади под отрезком 1-2. Отданное холодильнику тепло Q2=T2(S2-S1) и равно площади под отрезком 4-3. При этом площадь прямоугольника, т.е. равна работе А, совершаемой двигателем за цикл. Подставив выражения Q1 и Q2 в формулу, получим, что КПД цикла Карно: При выводе этой формулы не делалось никаких предположений о свойствах рабочего вещества и устройстве теплового двигателя. Отсюда следует знаменитая теорема Карно: КПД обратимых двигателей, работающих по циклу Карно, зависит только от температур T1 и T2 - нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства двигателя, ни от рода рабочего вещества, , Так как T2<T1, то . Значит, при уменьшении температуры холодильника КПД цикла повышается больше. Заметим, что этот вопрос можно решить и с помощью диаграммы Т, S. Можно показать (мы опускаем доказательство), что КПД любого необратимого теплового двигателя, работающего с теми же нагревателем и холодильником, всегда меньше, чем у двигателя, работающего по обратимому циклу Карно: ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|