Цикл Карно

Среди многих циклических процессов особо выделяется один — цикл Карно. Цикл Карно — четырёхтактный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат и имеющий максимально возможное КПД при заданных температурах нагревателя и холодильника (рис. 1).

Цикл Карно

Рис. 1. Цикл Карно

Внешний вид изотермического и адиабатического процессов по сути одинаковы. Однако адиабаты идут несколько «круче». Рассмотрим данный циклический процесс по частям. Процесс 1-2 — адиабатическое сжатие, 2-3 — изотермическое расширение, 3-4 — адиабатическое расширение, 4-1 — изотермическое сжатие.

Цикл Карно в школьных задачах вводится фразами «идеальный цикл», цикл Карно», «цикл с максимальным КПД» или «идеальная машина». В любом случае, эти слова намекают на рассмотрение процесса через классическую тепловую машину (рис. 2).

Тепловая машина

Рис. 2. Тепловая машина

В случае, если рассматривать цикл Карно в качестве обычного цикла, тогда его КПД можно рассчитать как:

\displaystyle \eta =\frac{A}{{{Q}_{1}}}=\frac{{{Q}_{1}}-{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}=1-\frac{{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}} (1)

  • где
    • \displaystyle \eta — КПД цикла Карно (и любого другого),
    • \displaystyle A — работа газа,
    • \displaystyle {{Q}_{1}} — тепло, полученное от нагревателя,
    • \displaystyle {{Q}_{2}} — тепло, отданное холодильнику.

Если ввести температуры нагревателя (\displaystyle {{T}_{1}}) и холодильника (\displaystyle {{T}_{2}}) и считать, что в рамках процесса они не меняются, можно ввести КПД цикла Карно, характеризующее саму машину:

\displaystyle {{\eta }_{k}}=\frac{{{T}_{1}}-{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=1-\frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}} (2)

  • где
    • \displaystyle {{\eta }_{k}} — КПД цикла Карно,
    • \displaystyle {{T}_{1}} — температура нагревателя,
    • \displaystyle {{T}_{2}} — температура холодильника.

Вывод: задачи на цикл Карно чаще всего связаны с поиском КПД. Для цикла можно использовать как соотношение (1) (в случае, если даны энергетические параметры), так и соотношение (2) (в случае, если даны температуры).

Цикл Карно обновлено: Сентябрь 7, 2017 автором: Иван Иванович

Добавить комментарий