Цикл Карно.  К.П.Д. цикла Карно.

Идеальная тепловая машина Карно.

От любой машины требуется, чтобы работа, которую она совершает, была максимальной, а затраты, расходы – минимальны. Многие ученые занимались разработкой тепловых машин и особое место в этом ряду занимают работы французского военного инженераСади Карно (1796-1832). Он занимался разработкой высокоэкономичной универсальной паровой машины. Карно тщательно проанализировал условия совершенствования паровых машин, но он, однако, был весьма далек от практического применения своих выводов. Карно всю жизнь не сомневался в существовании теплорода.

Сади Карно предложил цикл идеальной тепловой машины, являющийся важнейшим термодинамическим циклом. Рабочий цикл идеальной тепловой машины состоит из 2-х равновесных изотермических и 2-х равновесных адиабатических процессов. В машине отсутствуют всякие потери на  теплопроводность, лучеиспускание, трение и т.д. С машиной связаны два резервуара теплоты. Один с температурой  - нагреватель, теплоотермодинамикиатчик; второй с температурой  - холодильник, теплоприемник. Резервуары настолько велики, что отермодинамикиача и прием теплоты не изменяет их температуры.

Рассмотрим циклический процесс,  совершаемый рабочим телом, на диаграмме состояний в -координатах, и принцип работы идеальной тепловой машины Карно: 

1-2 – рабочее тело совершает изотермическое расширение  при этом:

изменяется объем , так что ;

работа, совершается рабочим телом за счет передаваемого рабочему телу количества теплоты от нагревателя  - положительна;

теплота, полученная рабочим телом,  положительна;

внутренняя энергия рабочего тела не изменяется .

2-3 – адиабатическое расширение рабочего тела  при этом:

изменяется объем , так что ;

изменяется температура , так что ;

адиабатическое расширение, следовательно, рабочее тело совершает работу за счет убыли внутренней энергии, работа системы ;

изменение внутренней энергии рабочего тела  - отрицательно.

3-4 – изотермическое сжатие рабочего тела  при этом:

изменяется объем , так что ;

работа совершается над рабочим телом  - отрицательна, если учесть уравнения адиабат 2-3 ®  и 4-1 ® , разделив первое уравнение на второе, то , отсюда  Þ и работу можно выразить через отношение объемов изотермы 1-2 ; 

холодильнику передается от рабочего тела количество теплоты;

теплота, полученная холодильником от рабочего тела,  - отрицательна;

внутренняя энергия рабочего тела не изменяется .

4-1 - адиабатическое сжатие рабочего тела  при этом:

изменяется объем , так что ;

изменяется температура , так что ;

адиабатическое сжатие, следовательно, работа совершается над рабочим телом, она отрицательна и идет на увеличение внутренней энергии рабочего тела ;

изменение внутренней энергии рабочего тела  - положительно.

В результате такой работы из количества теплоты , переданного от нагревателя рабочему телу, только часть  превращается в полезную механическую работу, а другая часть  рассеивается, отермодинамикиается теплоприемнику.