|
Из уравнения к. п. д. цикла видно, что доля теплоты, превращенная в полезную работу, будет тем больше, чем выше т(. Сади Карно (1824 г.) впервые показал, какой идеальный цикл в заданном интервале температур имеет наибольший к. п. д. Такой цикл, называемый циклом Карно, для 1 кг рабочего тела показан в координатах/? — V, а и Т — s. В этом цикле процесс расширения происходит тогда, когда рабочее тело, находящееся в объеме А, соприкасается с горячим источником теплоты, имеющим температуру 7. В результате нагрева рабочее тело расширяется и совершает работу. Во время процесса рабочее тело сообщается с источником теплоты, а стенки цилиндра и днище поршня теплонепроницаемы, поэтому температура рабочего тела равна Тх и, следовательно, процесс является изотермическим.В конце процесса рабочее тело разобщается с источником теплоты и дальнейшее его расширение до достижения поршнем крайнего правого положения происходит без теплообмена с внешней средой (адиабатный процесс). В процессе изотермического расширения к рабочему телу подводится теплота gls которая полностью превращается в работу, так как в соответствии с первым законом термодинамики внутренняя энергия в процессе Т = const не изменяется. В процессе 23, когда теплота извне не подводится, работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии. Вследствие этого в конце процесса расширения температура рабочего тела равна Т2, а изменение внутренней энергии в процессе.Для совершения следующего цикла необходимо, чтобы рабочее тело вернулось в свое первоначальное состояние, характеризуемое параметрами в точке 1, что соответствует положению поршня в крайнем левом положении. Очевидно, что для этого требуется затратить работу для сжатия рабочего тела. Процесс 34 должен совершаться так, чтобы рабочее тело соприкасалось с холодным источником теплоты, имеющим температуру Т%. Тогда в течение данного процесса рабочее тело, отдавая теплоту холодному источнику, будет иметь постоянную температуру, равную Т2 (изотермический процесс сжатия). В точке 4 разобщим рабочее тело с холодным источником, чтобы процесс сжатия 41 совершался без теплообмена с внешней средой. Тогда в этом процессе температура будет повышаться, достигнув в точке 1 значения 7\.Заметим, что затраченная в изотермическом процессе 34 механическая энергия переходит в отданную холодному источнику теплоту, а в адиабатном процессе 41 за счет механической энергии повышается внутренняя энергия AM4.X = cv (T2 — 7\). Нетрудно заметить, что AM4-I — AMX-2 И, следовательно, полезная работа I цикла 12341 получается за счет разности между подведенной и отведенной теплотой 1Ц = qx — g2 и определяется заштрихованной площадью в координатах р — V и Т — s.Подвод теплоты в количестве q1 и ее отвод в количестве qt происходит соответственно при осуществлении изотермических процессов .Из уравнения видно, что к. п. д. цикла Карно зависит только от начальной и конечной температур цикла, определяемых температурами горячего и холодного источников теплоты, и не зависит от применяемого рабочего тела. В данном интервале температур цикл Карно имеет наибольший термический к. п. д. Действительно, в любом другом цикле, происходящем в данном интервале температур (показан штриховыми линиями на рис. 23,6), теплота qt (пл. cdeabc) будет всегда меньше, чем подводимая теплота (пл. 12аЫ) в цикле Карно, a q% всегда больше.Из выражения действительного для любого цикла, видно,что для цикла cdekc отношение — будет больше, чем для цикла.
|
