Карно цикл
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Карно цикл

Карно цикл, обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). К. ц. состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатных процессов. Впервые рассмотрен французским учёным Н. Л. С. Карно (1824) как идеальный рабочий цикл теплового двигателя. Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику).

загрузка...

  К. ц. осуществляется следующим образом: рабочее тело (например, пар в цилиндре под поршнем) при температуре T1 приводится в соприкосновение с нагревателем, имеющим постоянную температуру T1, и изотермически получает от него количество теплоты dQ1 (при этом пар расширяется и совершает работу). На рис. 1 этот процесс изображен отрезком изотермы AB. Затем рабочее тело, расширяясь адиабатически (по адиабате BC), охлаждается до температуры T2. При этой температуре, сжимаясь изотермически (отрезок CD), рабочее тело отдаёт количество теплоты dQ2 холодильнику с температурой T2. Завершается К. ц. адиабатным процессом (DA на рис. 1), возвращающим рабочее тело в исходное термодинамическое состояние. При постоянной разности температур (T1T2) между нагревателем и холодильником рабочее тело совершает за один К. ц. работу

  Эта работа численно равна площади ABCD (рис. 1), ограниченной отрезками изотерм и адиабат, образующих К. ц.

  К. ц. обратим, и его можно осуществить в обратной последовательности (в направлении ADCBA). При этом количество теплоты dQ2 отбирается у холодильника и вместе с затраченной работой dА (превращенной в теплоту) передаётся нагревателю. Тепловой двигатель работает в этом режиме как идеальная холодильная машина.

  К. ц. имеет наивысший кпд(коэффициент полезного действия) h = dA/dQ1 = (T1 T2)/T1 среди всех возможных циклов, осуществляемых в одном и том же температурном интервале (T1T2). В этом смысле кпд(коэффициент полезного действия) К. ц. служит мерой эффективности др. рабочих циклов.

  Исторически К. ц. сыграл важную роль в развитии термодинамики и теплотехники. С его помощью была доказана эквивалентность формулировок Р. Клаузиуса и У. Томсона (Кельвина) второго начала термодинамики, К. ц. был использован для определения абсолютной термодинамической шкалы температур (см. Температурные шкалы), К. ц. часто использовался также для вывода различных термодинамических соотношений (например, Клапейрона — Клаузиуса уравнения).

 

  Лит.: Ферми Э., Термодинамика, пер.(перевод) с англ.(английский), Хар.. 1969; Путилов К. А., Термодинамика, М., 1971.

Рис. 2. Схема работы идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно: 1. От нагревателя Н поступает теплота dQ1, газ под поршнем изотермически расширяется (по линии AB, рис.(рисунок) 1). 2. Газ изолирован от нагревателя и холодильника и адиабатически расширяется (по линии BC). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA).

Рис. 1. Цикл Карно на диаграмме рV (давление — объём). dQ1 — количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 — количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно.