Цикл Карно
Цикл Карно — идеализированный обратимый цикл тепловой машины, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Он имеет максимально возможный КПД среди циклов, работающих между нагревателем и холодильником с температурами \(T_1\) и \(T_2\).
Цикл реализуется рабочим телом, например идеальным газом. В двух изотермах газ получает теплоту от нагревателя и отдаёт её холодильнику, а в двух адиабатах теплообмен с окружающей средой отсутствует. Свойства адиабатического процесса нужно знать до изучения цикла.
Формула КПД
Для цикла Карно КПД определяется только абсолютными температурами нагревателя и холодильника, а не видом рабочего тела:
Поскольку \(T_2<T_1\), КПД меньше единицы. При \(T_2=0\,\text{К}\) формально получается \(η=1\), но достичь абсолютного нуля невозможно. Подробное объяснение связано с понятием КПД тепловой машины.
Нагреватель имеет температуру \(T_1=600\,\text{К}\), холодильник — \(T_2=300\,\text{К}\). Тогда \(\eta=1-\frac{300}{600}=0{,}5\), или \(50\%\). Это предельный КПД для любых обратимых машин между такими температурами.
Цикл Карно — это не отдельная формула КПД и не любой цикл тепловой машины. Это конкретная последовательность из четырёх процессов. Его КПД является максимально возможным только при заданных температурах нагревателя и холодильника; реальная машина всегда имеет меньший КПД.
Как изменится КПД цикла Карно, если температуру нагревателя увеличить, а температуру холодильника оставить прежней?
Главное
- Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат и является обратимым.
- Его КПД: \(\eta=1-\frac{T_2}{T_1}\), где температуры берутся в кельвинах.
- Цикл Карно задаёт верхний предел КПД тепловой машины между данными температурами.