Цикл Карно. Теорема Карно

В 1824 г. франц. инженер Сади Карно рассмотрел цикл теплового двигателя.

Тепловой двигатель – непрерывно действующая система, осуществляющая круговые процессы (циклы), в которых теплота превращается в работу.

Цикл Карно осуществляется рабочим телом между двумя источниками теплоты – горячим и холодным.

Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм.

Рисунок 9.3 – Цикл Карно в PV-диаграмме и TS-диаграмме

Подвод теплоты q₁ в прямом цикле Карно осуществляется при расширении газа по изотерме 1-2 (Т₁ = const). Отвод теплоты q₂ кхолодному источнику происходит при сжатии газа по изотерме 3-4 (Т₂ = const). Процесс 2-3 – адиабатное расширение газа (подвод теплоты прекращается и расширение происходит по адиабате. При этом температура газа уменьшается, и работа l₀ производится за счет внутренней энергии газа. Процесс 4-1 – адиабатное сжатие газа (без тепла).

От точки 1 к точке 2 – теплота подводится, от точки 3 к точке 4 – теплота отводится.

Количество подведённой теплоты определяется по формуле

(4)

Количество отведённой теплоты определяется по формуле

(5)

Работа цикла Карно определяется по формуле

(6)

Термический к.п.д. цикла Карно определяется по формуле

(7)

где Т₁ и Т₂ – температуры верхнего и нижнего источников теплоты, К.

Чем выше температура горячего источника тепла, тем ниже температура холодного источника, тем термический к.п.д. цикла Карно больше.

Теорема Карно

КПД цикла Карно не зависит от природы рабочего тела, а зависит только от абсолютных температур горячего и холодного источников теплоты.