Карно цикл

Карно цикл, оборотний круговий процес, в якому здійснюється перетворення теплоти на роботу (або роботи в теплоту). До. ц. складається з що послідовно чергуються два ізотермічних і двох адіабатних процесів. Вперше розглянутий французьким ученим Н. Л. С. Карно (1824) як ідеальний робочий цикл теплового двигуна. Перетворення теплоти на роботу супроводиться перенесенням робочим тілом двигуна певної кількості теплоти від більш нагрітого тіла (нагрівача) до менш нагрітому (холодильнику).

  До. ц. здійснюється таким чином: робоче тіло (наприклад, пара в циліндрі під поршнем) при температурі T ₁ приводиться в зіткнення з нагрівачем, що має постійну температуру T ₁ , і ізотермічно отримує від нього кількість теплоти d Q ₁ (при цьому пара розширюється і здійснює роботу). На мал. 1 цей процес змальований відрізком ізотерми AB. Потім робоче тіло, розширюючись адіабатично (по адіабаті BC ) , охолоджується до температури T ₂ . При цій температурі, стискуючись ізотермічно (відрізок CD ), робоче тіло віддає кількість теплоти d Q ₂ холодильнику з температурою T ₂ . Завершується До. ц. адіабатним процесом ( DA на мал. 1 ) що повертає робоче тіло у вихідний термодинамічний стан. При постійній різниці температур ( T ₁ — T ₂ ) між нагрівачем і холодильником робоче тіло здійснює за один До. ц. роботу

  Ця робота чисельно дорівнює площі ABCD ( мал. 1 ), обмеженою відрізками ізотерм і адіабат, створюючих До. ц.

  До. ц. обернемо, і його можна здійснити в зворотній послідовності (у напрямі ADCBA ) . При цьому кількість теплоти d Q ₂ відбирається в холодильника і разом з витраченою роботою d А (перетвореною на теплоту) передається нагрівачу. Тепловий двигун працює в цьому режимі як ідеальна холодильна машина.

  До. ц. має найвищий ккд(коефіцієнт корисної дії) h = d A/ d Q ₁ = ( T ₁ — T ₂ )/ T ₁ серед всіх можливих циклів, здійснюваних в одному і тому ж температурному інтервалі ( T ₁ — T ₂ ) . В цьому сенсі ккд(коефіцієнт корисної дії) До. ц. служить мірою ефективності ін. робочих циклів.

  Історично До. ц. зіграв важливу роль в розвитку термодинаміки і теплотехніки. З його допомогою була доведена еквівалентність формулювань Р. Клаузіуса і В. Томсона (Кельвіна) другого початку термодинаміки, До. ц. був використаний для визначення абсолютної термодинамічної шкали температур (див. Температурні шкали ), До. ц. часто використовувався також для виведення різних термодинамічних співвідношень (наприклад, Клапейрона — Клаузіуса рівняння ).

  Літ.: Фермі Е., Термодинаміка, пер.(переведення) з англ.(англійський), Хар.. 1969; Путілов До. А., Термодинаміка, М., 1971.

Мал. 2. Схема роботи ідеальної теплової машини, що працює по циклу Карно: 1. Від нагрівача Н поступає теплота dq ₁ , газ під поршнем ізотермічно розширюється (по лінії AB, мал.(малюнок) 1). 2. Газ ізольований від нагрівача і холодильника і адіабатично розширюється (по лінії BC). 3. Газ ізотермічно (при Т = Т ₂ ) стискується (по лінії CD) і віддає теплоту dq ₂ холодильнику X. 4. Газ ізольований і адіабатично стискується (по лінії DA).

Мал. 1. Цикл Карно на діаграмі р — V (тиск — об'єм). dq ₁ — кількість теплоти, що отримується робочим тілом від нагрівача, dq ₂ — кількість теплоти, що віддається їм холодильнику. Площа ABCD чисельно дорівнює роботі циклу Карно.