Прямой и обратный цикл Карно.
Циклом Карно называется круговой цикл, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов.
1-2 – адиабатное расширение при . Температура рабочего тела уменьшается от до .
2-3 – изотермическое сжатие. Отвод теплоты к холодному источнику от рабочего тела.
3-4 – адиабатное сжатие при . Температура рабочего тела повышается от до .
4-1 – изотермическое расширение. Подвод теплоты от горячего источника к рабочему телу.
Решение
Основной характеристикой любого цикла является термический коэффициент полезного действия цикла (кпд), который равен отношению работы, производимой двигателем за цикл, к количеству теплоты, подведенной за этот цикл от горячего источника
.
Коэффициент полезного действия оценивает степень совершенства цикла теплового двигателя. Чем больше кпд, тем большая часть подведенной теплоты превращается в работу.
В результате цикла каждый килограмм газа получает от горячего источника теплоту , отдает холодному источнику теплоту и совершает работу lц. Термический кпд цикла Карно
Из формулы видно, что кпд цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела, а определяется только температурами горячего и холодного источников тепла. Поскольку T2 > 0 и T1 < , то t < 1.
Цикл Карно можно осуществить и в обратном направлении.
В этом цикле:
1–2 – адиабатное расширение. Рабочее тело совершает работу расширения за счет внутренней энергии, и охлаждается от температуры Т1 до Т2
.
2–3 – изотермическое расширение. Рабочее тело отбирает от нижнего источника с температурой Т2 теплоту q2.
3–4 – адиабатное сжатие. Температура рабочего тела повышается от Т2 до Т1.
4–1 – изотермическое сжатие. Рабочее тело отдает верхнему источнику с температурой Т1 количество теплоты q1.
Поскольку в обратном цикле сжатие рабочего тела происходит при более высокой температуре, чем расширение, работа сжатия, совершаемая внешними силами, больше работы расширения на величину площади 1234, ограниченной контуром цикла. Эта работа превращается в теплоту и вместе с теплотой q2 передается верхнему источнику. Таким образом, затратив на осуществление обратного цикла работу lц, можно перенести теплоту от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой, при этом нижний источник отдаст количество теплоты , а верхний получит количество теплоты