Циклы Карно

Физика > Циклы Карно

 

Обратимые стадии цикла Карно в термодинамике: идеальный тепловой двигатель, эффективность цикла Карно, формула, второй закон термодинамики, КПД цикла Карно.

Цикл Карно – максимально эффективный циклический процесс. Использует только обратимые процессы.

Задача обучения

• Разобраться в том, почему цикл Карно считают идеальным двигателем.

Основные пункты

• Второй закон твердо убеждает в том, что двигатель Карно, функционирующий между двумя указанными температурными показателями, обладает максимально возможной эффективностью.
• В необратимые процессы входят диссипативные факторы, из-за чего эффективность двигателя снижается.
• Эффективность Карно задается как 

Термины

• Второй закон термодинамики – энтропия изолированной системы никогда не станет меньше, потому что они развиваются спонтанно в сторону термодинамического баланса.
• Тепловой двигатель – устройство, трансформирующее тепловую энергию в механическую работу.

Второй закон термодинамики ясно говорит, что тепловой двигатель не способен достичь 100% эффективности, потому что во внешнюю среду должно поступать тепло (Q_c). Какая же максимальная эффективность у теплового двигателя?

Этот вопрос в 1824 году решил рассмотреть Сади Карно, исследовавший технологию тепловых двигателей. Ему удалось создать теоретический цикл (цикл Карно), который добивался максимально возможной эффективности. Теперь любой двигатель, использующий этот цикл, именуется в честь Карно.

Особенность его цикла в том, что он применил лишь обратимые процессы. Необратимые несут в себе диссипативные факторы (трение и турбулентность). Это повышает теплопередачу во внешний мир и негативно сказывается на эффективности.

Второй закон термодинамики (третья форма): идеальный двигатель Карно, функционирующий между двумя указанными температурными показателями, обладает максимально возможной эффективностью. Это касается всех двигателей, работающих на обратимых процессах.

КПД

Цикл Карно основывается на двух изотермических и двух адиабатических процессах. Они обратимы.

Здесь используются исключительно обратимые изотермические и адиабатические процессы. Теплообмен Q_h поступает в рабочее вещество в период изотермического пути АВ при стабильной температуре T_h. Теплопередача осуществляется во время изотермического пути CD при температурной отметке T_c. Тогда W равно площади внутри пути – ABCDA. Также отображена схема двигателя Карно, функционирующего между горячими и прохладными резервуарами при показателях T_h и T_c

Карно выявил эффективность идеального теплового двигателя:

Для идеального двигателя вычислили, что соотношение Q_c/Q_h приравнивается к отношению абсолютных температур. То есть Q_c/Q_h = T_c/T_h. Никакому тепловому двигателю не сравнится с эффективностью Карно. Реальная эффективность достигает лишь 0.7 от этого максимума.

---