Карно цикл

Определение "Карно цикл" в Большой Советской Энциклопедии

Работа тепловой машины по циклу Карно (схема)

Карно цикл, обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). Карно цикл состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатных процессов. Впервые рассмотрен французским учёным Н. Л. С. Карно (1824) как идеальный рабочий цикл теплового двигателя. Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику).

Цикл Карно (диаграмма)

Карно цикл осуществляется следующим образом: рабочее тело (например, пар в цилиндре под поршнем) при температуре T₁ приводится в соприкосновение с нагревателем, имеющим постоянную температуру T₁, и изотермически получает от него количество теплоты dQ₁ (при этом пар расширяется и совершает работу). На рис. 1 этот процесс изображен отрезком изотермы AB. Затем рабочее тело, расширяясь адиабатически (по адиабате BC), охлаждается до температуры T₂. При этой температуре, сжимаясь изотермически (отрезок CD), рабочее тело отдаёт количество теплоты dQ₂ холодильнику с температурой T₂. Завершается Карно цикл адиабатным процессом (DA на рис. 1), возвращающим рабочее тело в исходное термодинамическое состояние. При постоянной разности температур (T₁ - T₂) между нагревателем и холодильником рабочее тело совершает за один Карно цикл работу

Эта работа численно равна площади ABCD (рис. 1), ограниченной отрезками изотерм и адиабат, образующих Карно цикл

Карно цикл обратим, и его можно осуществить в обратной последовательности (в направлении ADCBA). При этом количество теплоты dQ₂ отбирается у холодильника и вместе с затраченной работой dА (превращенной в теплоту) передаётся нагревателю. Тепловой двигатель работает в этом режиме как идеальная холодильная машина.

Карно цикл имеет наивысший кпд h = dA/dQ₁ = (T₁ - T₂)/T₁ среди всех возможных циклов, осуществляемых в одном и том же температурном интервале (T₁ - T₂). В этом смысле кпд Карно цикл служит мерой эффективности др. рабочих циклов.

Исторически Карно цикл сыграл важную роль в развитии термодинамики и теплотехники. С его помощью была доказана эквивалентность формулировок Р. Клаузиуса и У. Томсона (Кельвина) второго начала термодинамики, Карно цикл был использован для определения абсолютной термодинамической шкалы температур (см. Температурные шкалы), Карно цикл часто использовался также для вывода различных термодинамических соотношений (например, Клапейрона - Клаузиуса уравнения).
 
  Лит.: Ферми Э., Термодинамика, пер. с англ., Хар.. 1969; Путилов К. А., Термодинамика, М., 1971.

BC). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA)." href="/a_pictures/18/10/213690074.jpg">BC). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA)."http://boron.atomistry.com/">BC). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA)." src="a_pictures/18/10/th_213690074.jpg">
Рис. 2. Схема работы идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно: 1. От нагревателя Н поступает теплота dQ1, газ под поршнем изотермически расширяется (по линии AB, рис. 1). 2. Газ изолирован от нагревателя и холодильника и адиабатически расширяется (по линии BC). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA).

V (давление - объём). dQ1 - количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 - количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно." href="/a_pictures/18/10/247566141.jpg">V (давление - объём). dQ1 - количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 - количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно." src="a_pictures/18/10/th_247566141.jpg">
Рис. 1. Цикл Карно на диаграмме р - V (давление - объём). dQ1 - количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 - количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно.