Цикл Карно. Теорема Карно.

У 1824 році французький інженер С.Карно вперше запропонував термодинамічний цикл ідеальної теплової машини, який неможливо здійснити в любій реальній машині і який складається з двох ізотерм і двох адіабат.

Ділянка 1-2—адіабатний процес розширення робочого тіла (робочий процес);

2-3—ізотермічне відведення теплоти q₂ від системи до нижнього джерела теплоти;

3-4—адіабатний стиск робочого тіла;

4-1—ізотермічне підведення q₁ від верхнього джерела теплоти до термодинамічної системи.

Термічний ККД може бути підрахований за наступними рівняннями:

Якщо врахувати рівняння 4-1; 2-3 ізотермічного процесу, то вираз для термічного ККД циклу Карно набуде вигляду:

де абсолютна температура теплоприйомника або нижнього джерела теплоти, К; абсолютна температура тепловіддавача або верхнього джерела теплоти, К.

З попереднього рівняння і розглянутого циклу можна зробити такі висновки:

1. Термічний ККД ідеального циклу Карно залежить лише від абсолютних значень температур T₂ i T₁. зростає із збільшенням і зменшенням .

2. Вся теплота q₁ не може бути повністю перетворена у роботу.

3. Якщо T₁=T₂ , то . Отже, якщо всі тіла системи мають однакову температуру, то неможливе перетворення теплоти в роботу.

4. Теорема Карно. Термічний ККД не залежить від конструкції двигуна і фізичних властивостей робочого тіла, а залежить лише від значень T₁ i T₂.

Важливість ідеального циклу Карно полягає в тому, що для усіх циклів реальних теплових машин він вказує на верхню межу перетворення теплоти у роботу для заданого діапазону температур T₁ і T₂. Для холодильних машин, для порівняння, використовують обернений цикл Карно, перебіг якого відбувається проти годинникової стрілки, а процеси співпадають з прямим циклом Карно. Холодний коефіцієнт оберненого циклу Карно підраховується за формулою:

Ексерсія (технічна роботоздатність)—це максимальна робота, що здійснює робоче тіло, якщо в якості нижнього джерела теплоти приймають оточуюче середовище із своєю температурою.

Ексерсія підраховується за формулою із першого закону термодинаміки: