Прямой цикл Карно.
В тепловом двигателе происходит непрерывное превращение теплоты в работу. Рассмотрим простейший случай: имеется горячий источник теплоты с постоянной температурой Т1 (например недра Земли, теплота горения топлива) и холодный источник теплоты с неизменной температурой Т2 (например окружающая среда).
В этих условиях обратимый прямой цикл Карно (см. рис. 1.21) можно реализовать следующим образом:
1. Теплоту от горячего источника к рабочему телу необходимо подводить изотермически. Будет происходить изотермический процесс расширения 1–2 с совершением полезной работы расширения.
2. Далее происходит охлаждение рабочее тело от Т1 до Т2 при адиабатическом (теплоизолированном) расширении и совершением полезной работы за счет внутренней энергии рабочего тела.
3. Отдача теплоты холодному источнику производится в изотермическом процессе сжатия 3–4. При этом объем рабочего тела уменьшается и работа процесса сжатия отрицательна т.к. работа совершается над телом.
4. Повышение температуры рабочего тела от Т2 до Т1 происходит в результате адиабатического (теплоизолированного) сжатия в процессе 4-1 с затратой работы. Работа сжатия идет на увеличение внутренней энергии рабочего тела, в результате чего температура его повышается от Т2 до Т1.
Рисунок 1.21 – Изображение цикла Карно в координатах 
и T-s
Такой цикл, составленный из двух изотерм 1–2 и 3–4 и двух адиабат 2–3 и 4–1, называется циклом Карно. С его помощью С. Карно в 1824 г. установил основные закономерности превращения тепловой энергии в механическую энергию или работу.
Из диаграммы T-s видно, что рабочее тело в процессе 1-2, расширяясь изотермически при температуре Т1, отбирает от горячего источника теплоту q1 , которая равна
.
Аналогично теплота, отдаваемая холодному источнику q2 , будет равна
.
Тогда теплота, которая превращается в работу цикла qц = lц:
,
Подставляя в выражение для термического КПД
значения и , получим термический КПД цикла Карно:
.
Термический КПД цикла Карно зависит только от абсолютной температуры горячего и холодного источников теплоты.
Исходя из II закона термодинамики, полностью превратить теплоту горячего источника в работу и получить максимально возможный КПД теплового двигателя 
было бы возможным, если температура холодного источника была бы равна нулю 
или температура горячего источника будет приближаться к бесконечности 
. Оба значения температур недостижимы и, следовательно, невозможно превратить всю теплоту в работу.
При Т1=Т2 термический КПД цикла Карно равен нулю, получить полезную работу невозможно.
КПД цикла Карно – это КПД идеального теплового двигателя. Реальные тепловые двигатели имеют гораздо более низкие КПД.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 929;