|
В работе опубликованной французским инженером Сади Карно в 1824г., был рассмотрен цикл теплового двигателя, названного впоследствии циклом Карно, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов.
Цикл Карно составлен из обратимых процессов, поэтому и сам он является обратимым циклом, но поскольку в природе нет обратимых процессов, то и цикл Карно является некоторым идеальным циклом, обладающим максимальным значением термодинамического КПД,
Подвод и отвод тепла производится полностью при постоянной температуре Т1 горячего и Т2 холодного источников.
Рис.1.3.8 Цикл Карно в Р-v диаграмме Рис.1.3.9 Цикл Карно в Т-S диаграмме
Рассмотрим более подробно процесс преобразования теплоты в работу.
Пусть рабочее тело находится в начальном состоянии 1 с параметрами Т1, v1, р1. Рабочее тело (газ) получая теплоту от горячего источника , расширяется, совершая работу расширения газа против сил давления со стороны окружающей среды. Предположим, что процесс подвода теплоты к газу протекает таким образом, что температура газа остается постоянной, т.е. имеет место изотермический процесс расширения при Т1 = const(участок 1-2) цикла. Это возможно, так как температура газа при его расширении снижается, а подвод теплоты к газу от горячего источника компенсирует это понижение температуры. После перехода газа в состояние 2 подвод теплоты к нему прекращается и дальнейшее расширение газа (участок 2-3 цикла) происходит в адиабатных условиях, т.е. газ и не получает теплоту от горячего источника, и не отдает теплоту холодному источнику. На участке 2-3 газ абсолютно теплоизолирован от окружающей среды. Адиабата 2-3, как это было показано ранее, идет круче изотермы1-2. В точке 2 температура газа равна Т1.
По достижении точки 3, в которой температуру газа обозначим Т2, процесс расширения газа, а следовательно, и производство полезной механической работы заканчиваются. Начиная с точки 3, газ возвращается в исходное состояние.
На участке 3-4 газ сжимается за счет того, что окружающая среда затрачивает на сжатие энергию в форме механической работы. Теплота, выделяющаяся при сжатии газа, отводится от газа и передается холодному источнику с температурой Тх < Т2.
Пусть отвод теплоты протекает таким образом, что температура газа при его сжатии остается постоянной Т2 = const, т.е. сжатие осуществляется в условиях изотермического процесса.
В точке 4 отвод теплоты прекращается, и дальнейшее сжатие газа до точки 1 осуществляется в адиабатных условиях (участок 4-1). Температура газа на участке 4-1 повышается за счет энергии, получаемой газом в форме внешней работы сжатия, в результате чего увеличивается его внешняя энергия. При достижении газом первоначального состояния 1 цикл Карно завершается. В тепловых двигателях цикл повторяется в течение всего времени работы теплового двигателя.
Цикл Карно имеет максимальный термический КПД в пределах заданных температур горячего и холодного источников тепла
где q1 - теплота, получаемая газом от горячего источника;
q2 - теплота, отдаваемая газом холодному источнику;
|
.png)
